SYNOPSYS 光学设计软件课程十:近红外透镜案例
9;>@"e21R 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。 [8B
tIv 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。 U)O?|
VN^o 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): 5bu[}mJ • Entering beam radius 17.5 /k4^& • Chief-ray angle 0.935 degrees 9~LpO>- • Back focus distance 16.3 `@ VM<av • Cell length 50 4*@G&v?n 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。 b#?ai3E 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。 L:|X/c9r[ 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。 f}Ne8]U/Hc 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。
?.4yg( 这是我们的SEARCH输入: c,3'wnui CORE 16 PROJ Tx|SAa=V DSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD) SYSTEM ! system requirements follow _mIa8K; ID NIR EXAMPLE ! lens identification OBB 0 .935 17.5 ! specify the object Fi?U)T+%+ WAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength range UNITS MM sw 3:HNG= END ^g}gT-l% A{DIp+ GOALS ! here we set the goals Z`SWZ< ELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5. FNUM 1.428 Fy4< BACK 16 .1 [[/ }1% TOTL 50 .1 w /Bn2bD 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 J]kP` NPASS 100 mMD$X[: ANNEAL 200 20 i?&4SG+2~K RSTART 300 ! a useful starting radius, <Y}"D Yt TSTART 1 ! and this thickness on each element to start with QUICK 60 90 SG(%d^x`R FOV 0 .5 1 yi
AG'[ FWT 2 1 1 Nf/hr%jL GLASS POS ! positive elements will use this glass type G D-FK61 !_^{udB} GLASS NEG ! and negative this type. G H-ZF88 rA1zyZlz END Q%X:5G? 'NG^HLD/ SPECIAL ! here we give requirements that are not defaults Y1yvI 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, 6,V.j>z ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do not END ! get too close to the hemisphere point. A|`Joxr )$9C` d[ GO ! this starts the process. PROJ OTNZ!U/)j X1
0"G~0 在不到一分钟的时间内,该过程生成了它找到的10种最佳初始结构的图片。 I;Z`!u:+ 我们现在有一个非常好的5片式透镜,但它只有我们指定的两种玻璃材料。 现在是时候进行更全面的搜索了。 /q*Qx )y+1 查看MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC,DSEARCH为我们构建了它,在新的编辑器窗口中打开。 ^cPo{xf PANT n}ZBU5_ VLIST RD ALL VLIST TH ALL END A^= Hu,"e AANT AEC )LMBxyS ACC P =@ L5 GSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000
yv8dfl GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000 Qn'r+X5t GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000 ^%4(
%68 M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACK n{qw ]/ M 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTL +*:x#$phx 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, ![X.% ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT END KOAz-h@6 SNAP/DAMP 1 "PDSqYA SYNOPSYS 100 X"qbB4(I S8W_$=4 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。 $S)e"Po~5 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) mn6p s6OB CORE 16 i-"h"nF" GSEARCH 3 QUIET LOG SURF ?:;hTY 1 3 5 7 9 }HA2ce\ END aP6%OI *C:q _/ OFILE 'NIR_OPT.MAC' NAMES O7<V@GL+ G G-ZF52 G D-FK61 G H-ZF88 G H-F51 i>kNz(* qS/71Kv' END USE 2 GO 5@%=LPV Q'Jpsmwu 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 x"C93ft[ 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。 ezq
q@t9 任务完成! 这是最终透镜的SPEC列表: A0N ;VYv SYNOPSYS>SPE ^) b7m Jk6/i;4| ID NIR EXAMPLE >`,#%MH# ID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22 pS|JDMo LENS SPECIFICATIONS: K~hlwjrt \Dsl7s= SYSTEM SPECIFICATIONS >*Qk~kv<% vsr~[d= OBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800 /wCxf5q0 OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992 \8>N<B) MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992 2QuypVC ] MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025 :#!F 7u CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280 MgK(gL/&[ CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157 ?$8 ,j+&I ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688 [ Xo
J7 ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406 5A=xF j{ >8mW-p WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000 ])ZJ1QL1 WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000 ^MWW,` COLOR ORDER 2 1 3 LM`tNZ1Fc! UNITS MM xyJgHbml APERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054 XkfUPbU FOCAL MODE ON r@V(w` MAGNIFICATION -4.99800E-11 POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED. SURFACE DATA &WWO13\qd Pc:'>,3!V3 SURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER FUv)<rK %^@0tT 0 INFINITE INFINITE AIR 0PX@E-n 1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN 1XKIK(l 2 -90.13577 1.76097 AIR [(^''*7r+T 3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN }j<_JI 4 -136.80545 1.00000 AIR i~PZvxt 5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN ,4I6Rw B. 6 83.59388 25.92496 AIR Hn2Q1lF-ip 7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN %;XuA*e 8 117.43058 2.36412 AIR I3=Sc^zz&V 9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN gRd1(S 10 -40.27187S 15.99923S AIR XXdMp poR IMG INFINITE hdDI%3vk3 I)4|?tb? KEY TO SYMBOLS mp$II?hZ* \Hx#p`B% A SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACE u6&Ixi/s' G SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATES HOI`F3#XI O SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUP 5UD;ZV% S ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATA "Q!{8 9Y T ITEM IS TARGET OF A PICKUP ^Q+5M"/8 THIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS> Y7I Yy;1N{dbT 如果这些透镜机械方面也是合适,问题就解决了。 ,UJPLj^ 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! hzVr3;3Zn
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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