帶有kinoform透鏡的激光擴(kuò)束器

參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》書第十七章

首先選擇工作目錄DBOOK文件夾：

圖片:DBOOK.png

kr/h^e  

RLE                                     ! 鏡頭輸入文件起始點(diǎn)

ID KINOFORM BEAM SHAPER   ! 鏡頭標(biāo)識

WA1 .6328                            ! 定義單個波長，單位為um

UNI MM                                !  透鏡單位為mm

OBG .35 1           ! 使用OBG指令聲明高斯光源，束腰半徑為0.35mm，孔徑大小為輸入光束的1/e**2點(diǎn)

1 TH 22         ! 表面1和表面2之間的距離為22mm；表面1必須在束腰位置

2 RD -2 TH 2 GTB S   ! 定義表面2的半徑和厚度，以及玻璃類型為來自玻璃庫Schott的SF6

   SF6              

3 TH 20                   ! 定義表面3的厚度

3 USS 16                 ! 定義表面3為DOE面

CWAV .6328            ! 中心波長

HIN 1.7988 55         ! 感光膠的折射率和阿貝數(shù)

RNORM 1               !歸一化半徑

4 TH 2 GTB S  ! 定義表面4的厚度，以及玻璃類型為來自玻璃庫Schott的SF6

SF6

4 USS 16             !定義表面4為DOE面

CWAV .6328        !中心波長

HIN 1.7988 55     !感光膠的折射率和阿貝數(shù)

RNORM 1           ! 歸一化半徑

5 CV 0 TH 50      !表面5的曲率為0，厚度為50mm

7                     ! 定義表面6和表面7，且兩表面必須平坦且重合，因為它們是AFOCAL輸出

AFOCAL             ! 設(shè)置系統(tǒng)無焦

END                  !結(jié)束鏡頭輸入文件

點(diǎn)擊PAD圖標(biāo)

圖片:PAD.png

或在CW窗口輸入SYNOPSYS AI>PAD,得到該透鏡系統(tǒng)的二維圖，如圖1所示：

圖片:圖片1.png

K|/a]I":  

圖1 DOE激光束整形器的初始結(jié)構(gòu)

運(yùn)行優(yōu)化宏C17M2，代碼如下：

PANT                     ! 定義變量參數(shù)

RDR .001                !定義更小的起始增量為正常值的千分之一，因為光束非常��；

VY 2 RAD                !改變表面2的半徑

VLIST TH 3              ! 改變表面3的厚度

VY 3 G 26                ! 改變表面3的Y**2項系數(shù)G26

VY 3 G 27                ! 改變表面3的Y**4項系數(shù)G27

VY 3 G 28                !改變表面3的Y**6項系數(shù)G28

VY 3 G 29                !改變表面3的Y**8項系數(shù)G29

VY 4 G 26                ! 改變表面4的Y**2項系數(shù)G26

VY 4 G 27                !改變表面4的Y**4項系數(shù)G27

VY 4 G 28                !改變表面4的Y**6項系數(shù)G28

VY 4 G 29                ! 改變表面4的Y**8項系數(shù)G29

END                        ! 結(jié)束

Y^G3<.B  

AANT  ! 定義像差參數(shù)

AEC 1 1 1             ！自動控制邊緣厚度，防止邊緣太薄，目標(biāo)值為1，權(quán)重為1，窗口為1

ACC 4 1 1    ！自動控制元件中心厚度，防止中心厚度太厚，目標(biāo)值為4，權(quán)重為1，窗口為1

LUL 150 1 1 A TOTL  ! 系統(tǒng)總長不超過150

M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! 0視場表面5的邊緣光線高度目標(biāo)值為5，權(quán)重為1；

M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6  !0視場表面6上在Y方向高度為1時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.98時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.97時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.96時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.95時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.94時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.93時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.92時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.91時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6       ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.85時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .8  0 6   ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.8時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .7   0 6   ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.7時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .5   0 6     ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.5時所對應(yīng)的光通量衰減為0

M 0 1 A P FLUX 0 0 .3   0 6    ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.3時所對應(yīng)的光通量衰減為0

GSO 0 .1 10 P       ! 控制弧矢面上10條光線產(chǎn)生的OPD像差

GSR 0  100  10 P   !控制弧矢面光線網(wǎng)格中所產(chǎn)生的橫向光線像差

END  ! 結(jié)束

SNAP                                      ！設(shè)置PAD圖更新頻率，每一次優(yōu)化更新一次

SYNO 40                                 ！程序優(yōu)化次數(shù)為40次

然后點(diǎn)擊圖標(biāo)

圖片:模擬退火.png

進(jìn)行模擬退火，具體參數(shù)設(shè)置為（22,1,50）：

圖片:模擬退火參數(shù).png

O o:jP6r  

得到優(yōu)化和模擬退火后的DOE光束整形器，如圖2所示：

圖片:圖片2.png

E6gEP0b  

圖2 優(yōu)化和模擬退火后的DOE光束整形器

CW窗口輸入SYNOPSYS AI>FLUX 100 P 6,然后點(diǎn)擊“Enter”鍵。得到光通量分布圖，光通量幾乎均勻。

圖片:光通量.png

n\YxRs7 hF  

FLUX 100 P 6 的含義：

數(shù)字100-追跡的光線數(shù)目

字母P-主波長

數(shù)字6-表面6

現(xiàn)在問題是：表面4的空間頻率是多少？

如果它太高，在制作技術(shù)上可能存在難度。

現(xiàn)在分析表面4的空間頻率。在CW中輸入MMA，打開MMA對話框進(jìn)行如下圖，并得到空間頻率圖：

圖片:MMA對話框.png

圖片:表面4空間頻率.png

CvJm7c