| 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 0%!rx{f#\
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。 $gBd <N9|c
;3_l@dP"
初始宏文件可以评论区留言获取 L
8{\r$
[attachment=129419] g$.
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s=?g \oR
所以它像一个具有不均匀间距的圆形衍射光栅.因为它以布拉格角衍射，所以它的衍射效率很高。 drs B/
?\8?%Qk
2.1设计要求 zhY+x<-
下面是一个衍射透镜设计激光光束整形器的指标： oD}uOC}FS{
将最细直径为0.35 mm的氦氖激光束扩展成变动范围在10%以内的直径为 10 mm 的均匀激光束。只使用两个元件, 每个的一侧都有一个 DOE。 ]Qm]I1P
SYNOPSYS 初始结构搜索镜头文件和运行结果： 0 Z{j>=$
初始宏文件可以评论区留言获取 lO2[JP
[attachment=129420] i-yy/y-N
v&Kqq!DE
以上展示部分命令，这其中， RpLE
02U
OBG 的物是高斯光束. r!
Ay :r
DOEs 将会使用16号特殊表面形状建模,一个简单的 DOE. )Ud-}* g
得到的初始结构如下： [attachment=129421] <AJ97MLcc
a<]B B$~
这是最初的设计，效果并不是十分理想 \QU^>2 3
原因如下： ko5V9Drc
1.光束被扩大了但是并不准直。 OT'[:|x ;
2.而且强度分布仍然是输入的高斯光束的强度分布。 };'\~g,1
优化 dL|+d: v
DOEs , 就如同其他的非球面形状, 也是利用 G 变量来调整。 d#2$!z#
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。 wcDRH)AW.
改变高阶项 r,_?F7
应该怎样确定改变哪个 G 变量? %'0T Xr$
所有的一切只需要按几下按键. 输入 VY)s+Bx
HELP USS d\|!Hg,
然后找到类型16。 TIvRhbu
[attachment=129422] %v2R.?F8
优化结果 [attachment=129423] <T[E=#
.5
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。 <V>dM 4Mkr
光通量 B:7mpSnEQ
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 T6ENtp
[attachment=129424] /PsnD_s]5
^]
kF{
o?
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? 3j3N!T9
如果空间频率太高，制造技术可能会出现问题。 # pc P!
打开 MMA对话框。 mS0udHod
在 PUPIL上选择表面4的 HSFREQ分布。 P'Q+GRpSw
Object point (物体坐标)设定为 0， 7=(Hy\Q5xH
光线网络 CREC 设置为网格 7， E@Ad '_ H
数字化输出， " LJq%E
绘制图表。 ? R>h `
[attachment=129425] LY+|[qka
>3&O::]3
这是一个表面光栅的分布图。 )Pv9_XKJ
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? d:yqj:
[attachment=129426] " ?mJqA
=Fdg/X1
在 PANT 文件中添加一个变量: p uT'y
VY 5 RAD .H,xle
然后再 AANT 文件加入一个新的像差: ;t+ub8
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4 [|l?2j\
优化后再次按之前的步骤查看光通量和光栅分布。 2<}NB?f`N
最后的优化宏文件可以评论区留言获取 [k-+AA>:
光通量 [attachment=129427] 光栅分布 [attachment=129428] b:w?PC~O
SB)5@
nmS
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。 |<O9Sb_
镜片表面高斯光强分析 ;,]P=Ey
现在要运行衍射传播程序 DPROP , 来检查系统的强度分布. 0:b2(^]bg
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE R i^[i}
"9n3VX)
+ E1h#cc)
<\;# jF%V
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。） wg w(YU
它有着预期的高斯分布的形状。 (T2m"Yi:
现在对表面 6也进行相同的操作。 +5XpzZ{#Wa
输入： B,{K*-7)MX
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE ?@V[# .
非常均匀水平的光强分布。 %RDI!e<e}
Q~T $N
[attachment=129430] DMASK 图像 [attachment=129431]
3$X'Y]5a
这个是由 DMASK 3 GREY 1000 命令生成的图像。 DY^ ;EZ!hb
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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