SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例
@G0j/@v 我们将设计一个用于波长1.06到1.97微米范围内的近红外透镜。 L
}&$5KiwV 设计红外透镜时的挑战是,寻找有用的光学材料且成本适宜。 本课程的任务是重新设计现有透镜,用普通光学玻璃替换一些不需要的材料。 参考案例 1.RLE,ID为MIT 1 TO 2UM LENS。 您可以检查该透镜并检查其性能。 将光扇图的比例设置为0.01 mm。 EFS2 zU 该透镜有三个材料为ZNS的镜片和一个材料为AS2S3的镜片,共有四个镜片。我们希望尽可能避免使用这些材料。 我们需要匹配的一阶属性如下(尺寸以mm为单位): O)9{qU:[b • Entering beam radius 17.5 @M ]7',2" • Chief-ray angle 0.935 degrees tJ@5E^'4 • Back focus distance 16.3 %2TjG • Cell length 50 |\S p IFH1 让我们从头开始,而不是尝试改变当前透镜中的材料,所有这些材料的折射率都大于2.0。 为此,我们将使用设计搜索程序。 但首先我们必须做出判断:如果我们只是运行DSEARCH并让它找到模型玻璃,它就不会得到任何在NIR上产生重大影响的玻璃。 (该模型代表了所有玻璃的平均值。)所以我们必须引导它。 9|RR;k[ 打开玻璃库显示(MGT),选择Guangming列表,然后单击图表按钮并选择显示的选项。 Dl95Vo=1 数据现在不在屏幕上,因此单击显示并使用鼠标滚轮缩小,直到看到一组红点。 然后用鼠标右键平移放大。单击“Full Name”按钮。 你应该看到下面的显示。 :{KoZd 记下圈出的四个玻璃名称:D-FK61,G-ZF52,H-ZH88和H-F51。 那些肯定与其它的玻璃不同。 我们将指示DSEARCH仅使用其中两个,然后使用全部四个进行全面的玻璃搜索。 {h *Pkn1 这是我们的SEARCH输入: ET}Dh3A CORE 16 PROJ 5<KY} DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow '}$$o1R ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object >6"u{Qmr WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM ({#M*=&" END J,j! -VlXZj@u+ GOALS ! here we set the goals uQlQ%n% ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 ::A]p@ BACK 16 .1 7iBN!"G0 TOTL 50 .1 C"!k`i=Lj STOP FIRST ! there seems to be no reason to let the stop position vary STOP FIX ! so we put it in front and keep it there L.) 0!1 NPASS 100 o `N /w ANNEAL 200 20 01" b9`jU RSTART 300 ! a useful starting radius, GV T[)jS TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 {@w!kl~8 FOV 0 .5 1 OFe?T\dQn FWT 2 1 1 c})f&Z@< GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 XUp'wP GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 ]~1Xx:X- END _r&,n\
T N9A#@c0O SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults `c~J&@| ACM 3 .1 1 ! auto edge control (AEC) and center thickness control (ACC) are defaults ACA ! but we add to these ACM, so thicknesses do not get too thin, ACA, 8e3I@mv ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. "`4V^1 WVfwt.Y GO ! this starts the process. PROJ u+Q<>>lU
).b,KSi 在不到一分钟的时间内,该过程生成了它找到的10种最佳初始结构的图片。
@fSBW+ 我们现在有一个非常好的5片式透镜,但它只有我们指定的两种玻璃材料。 现在是时候进行更全面的搜索了。 V O=
o)H\ 查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC,DSEARCH为我们构建了它,在新的编辑器窗口中打开。 mE}@}@( PANT ij<6gv~ n" VLIST RD ALL VLIST TH ALL END UfWn\*J&k AANT AEC }hy,
}2(8 ACC P t/TWLhx/ GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000 z nxAP| GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 oX
#WT GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 K7CrRT3>6 M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK |kXx9vGq@ M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL E 'O[E= ACM 3 .1 1 ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTS ACA ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA, t5Oeb<REz ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END b,Vg3BS SNAP/DAMP 1 F$k^px SYNOPSYS 100 y:R!E *.L' J>XMaI})U 保存此MACro,保存名称为NIR_OPT.MAC。 这是我们执行GSEARCH时将反复运行的优化MACro,它将决定哪些玻璃应该放在哪些元件上。 }[>X}"_e 现在创建一个新的MACro(输入AEE以打开一个新编辑器,并在下面输入数据) {5,
]7 =] CORE 16 FbWcq_ GSEARCH 3 QUIET LOG SURF *VPjBzcH 1 3 5 7 9 @jxAU7! END (L3Etan4RE RU_wr< OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES f6r~Ycf,f G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 Oe["4C i l5Qo END USE 2 GO 4fyds< f ^I CSs]}1 透镜进一步改善。 到目前为止,透镜只有超过0.2波长的像差 t3//
U# 看起来我们得到一个解决方案! 几乎没有初级或二级色差。 我们成功地用普通玻璃替换了不需要的材料,同时性能也比原来好得多。 P`xQL 任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表: f"}g5eg+ SYNOPSYS>SPE O;dtz\ UqwU3 ID NIR EXAMPLE ;#Y'SK ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 Ap<kK0#h LENS SPECIFICATIONS: +\_c*'K> S4hv7.A SYSTEM SPECIFICATIONS -$2a@K,i <(c_[o/ OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 !JGe
.U5 OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 -+ha4JOB MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 ;[-TsX: MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 }83a^E9L CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 f)x(sk CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 ^P}jn`4 ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 !K[UJQs\ ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 [^S(SPL L GdM40 WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 m0Geq. WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 bpx
^ COLOR ORDER 2 1 3 VchI0KL? UNITS MM S
T1V APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 Mm)yabP FOCAL MODE ON Oo0SDWI`( MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA cTJi8f=g }NJKkj? SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER D>fg tP][o494\& 0 INFINITE INFINITE AIR .C*mDi)wZ 1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN .sCj3sX* 2 -90.13577 1.76097 AIR 9]Fi2M 3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN *671MJ9 4 -136.80545 1.00000 AIR 9?XQB%44 5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN 1PB"1.wnd 6 83.59388 25.92496 AIR { MV,>T_ 7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN &"r /&7: 8 117.43058 2.36412 AIR l@)`Q 9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN x fa- 10 -40.27187S 15.99923S AIR ;aN_!!
r IMG INFINITE }6_*i!68"U @ tvz9N KEY TO SYMBOLS @9tzk [ re~T,PPM A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE {sfA$ d0 G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES *\(MG|S O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP >t_h/:JZ) S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA ?Kt F!:_C T ITEM IS TARGET OF A PICKUP (Z0_e&=* THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> d%za6=M "g,`K s ]; 如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。
CkV5PU 1.97微米的透射率是多少? 输入FIND TRANS IN COLOR 1.它返回98.18%。 (此处膜层被忽略,因为透镜未处于偏振模式。)结果非常好! GEK7q< 但如果返回值太低怎么办? 我们回到玻璃库并显示1.97微米的吸收 - 并选择具有较短数据条的玻璃。 毕竟,透镜设计完全取决于平衡,这些工具是最好的工具。
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