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小火龙果 2024-07-17 15:55

SYNOPSYS 光学设计软件课程七十五:衍射透镜设计激光光束整形器

1.概述 ~JRq :  
衍射透镜也被称为光学衍射元件,或者 DOE 类似于菲涅尔透镜, 有很多的倾斜的区块, 唯一不同的是区块的高度是通过计算得到的,用来让光线的相位变化刚好是一个波长或者是相位的一个周期。 ` { Ox=+]M  
?jmL4V2-f  
初始宏文件可以评论区留言获取 W /v &V#  
[attachment=129419]
ea{zL  
NP3 e^  
所以它像一个具有不均匀间距的圆形衍射光栅.因为它以布拉格角衍射,所以它的衍射效率很高。 Q0-gU+ig  
rrC\4#H[??  
2.1设计要求
2(uh7#Q  
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标: wKJ|;o4;L  
将最细直径为0.35 mm的氦氖激光束扩展成变动范围在10%以内的直径为 10 mm 的均匀激光束。只使用两个元件, 每个的一侧都有一个 DOE。 .8'c c8  
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果: x'-gvbj!  
初始宏文件可以评论区留言获取
MHp:".1  
[attachment=129420]
(<.\v@7HC  
_*z ^PkH  
以上展示部分命令,这其中, fNda&  
OBG 的物是高斯光束. n3? msY(*  
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. B W)@.!C  
得到的初始结构如下:
[attachment=129421]
]fDb|s48  
SP<(24zdd  
这是最初的设计,效果并不是十分理想 i\ uj>;B  
原因如下: X6}W]  
1.光束被扩大了但是并不准直。 o]I8Ghk>/z  
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 k v_t6(qd  
优化
2asRJ97qES  
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 Fsl="RB7f  
优化函数还包括绝大多数的 FLUX 像差, 控制着各个区域的衰减。 O,7S1  
改变高阶项
fJNK@F  
应该怎样确定改变哪个 G 变量? 4YY!oDN:  
所有的一切只需要按几下按键.  输入 GfSD% "  
HELP USS o;DK]o>kH  
然后找到类型16。 Js:U1q  
[attachment=129422]
*oLDy1<  
优化结果
[attachment=129423]
d %FLk=]  
Sz|kXk6&9  
还能做得更好。接下来尝试改变高阶的系数,将变量选项添加到 G31, 即增加到12 项。 rosD)]I7  
光通量
tYgHJ~1L*  
透镜看起来还是和原来一样,但是需要检查光通量的均匀性,输入 FLUX 100 P 6 K8&) kfyI  
[attachment=129424]
G]$EIf'  
1.N2!:&G|  
得到了几乎是平直的一个漂亮的曲线,这是一个优秀的设计。但是可以加工吗? 8*Fn02 p  
如果空间频率太高,制造技术可能会出现问题。 yIr0D 6L  
打开 MMA对话框。 Af@\g-<W_  
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 Z{t `f[  
Object point (物体坐标)设定为 0, LB({,0mcX  
光线网络 CREC 设置为网格 7, uF[*@N  
数字化输出, 0nBDF79  
绘制图表。 J8@.qC'!  
[attachment=129425]
+BO kHXk1  
`t9k!y!GV  
这是一个表面光栅的分布图。 Z0v?3v}9^  
边缘最大空间频率在在 100c/mm 左右。 这并不是很容易制造,能不能减小, 比如说到 50 c/mm? LN.*gG l  
[attachment=129426]
]ZP!y  
]a.^F  
在 PANT 文件中添加一个变量: 3mopTzs)  
VY 5 RAD KSS]%66Y  
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: b LGC  
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 wKpb%3  
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 /kw;q{>?o  
最后的优化宏文件可以评论区留言获取
2yFT` 5+H4  
光通量
[attachment=129427]
光栅分布
[attachment=129428]
k;JDVRL  
xCWS  
现在表面4上的边缘空间频率正好是 50 c/mm, 而且光通量均匀性就像原来一样的好。 @(*A<2;N  
镜片表面高斯光强分析
F?jD5M08t/  
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. bJ9*z~z)e  
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE R i,_x  
KJ S-{ed  
[attachment=129429]
.v}|Tp&k  
!;vv-v,LQ  
这个图显示了表面3上的高斯光束的强度分布, (在通过第二个DOE之前。) #*w)rGkU2  
它有着预期的高斯分布的形状。 z6;hFcO  
现在对表面 6也进行相同的操作。 8sBT&A6&j  
输入: k' Fu&r  
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE rH,@"( p\  
非常均匀水平的光强分布。 tcRJ1:d  
G;W2Z,  
[attachment=129430]
DMASK 图像
[attachment=129431]
SO STtuT  
g)ZMU^1  
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 ypGt6t(;  
如果 DOE 是通过光蚀刻制成的,这是要被成像到衬底上的底模。
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