| 小火龍果 |
2022-06-30 10:26 |
如何在SYNOPSYS中設(shè)計衍射光學元件（DOE）
在這篇文章中，我們簡要介紹了使用SYNOPSYS設(shè)計衍射光學元件（DOE）的過程。本文討論了衍射光學元件（DOE）在SYNOPSYS的不同類型以及相應的設(shè)計過程和案例。主要目的是為剛接觸這個課題的設(shè)計者提供一個起點，看看SYNOPSYS有哪些DOE面型可使用。 AUan^Om
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什么是衍射光學元件（DOE）? 9b8kRz[ c
衍射光學元件(DOE, Diffractive Optical Element)是近幾年蓬勃發(fā)展的新興光學元件。衍射光學元件是通常采用微納刻蝕工藝構(gòu)成二維分布的衍射單元，每個衍射單元可以有特定的形貌、折射率等，對激光波前位相分布進行精細調(diào)控。激光經(jīng)過每個衍射單元后發(fā)生衍射，并在一定距離（通常為無窮遠或透鏡焦平面）處產(chǎn)生干涉，形成特定的光強分布。 cNd ;qO0$
衍射光學元件不僅具有體積小、重量輕的優(yōu)點，并且在傳統(tǒng)光學元件的基礎(chǔ)上又多了許多新的特點： ,{pC 1A@s
1.衍射效率高：作為一種純相位調(diào)制的光學器件，若衍射光學元件表面浮雕結(jié)構(gòu)的位相是連續(xù)的，則具有高衍射效率的性能。研究者通常將這種連續(xù)的位相通過二進制量化來獲得多臺階位相，盡可能地接近連續(xù)位相值。 6F@2:]W
2.色散性好：當用多色光照射衍射光學元件時，其呈現(xiàn)的色散特性與傳統(tǒng)折射型器件相反。因此可以將衍射光學元件放到傳統(tǒng)的光學系統(tǒng)里，構(gòu)成混合光學系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以有效的消除色差，改善成像質(zhì)量。 Q9[$ 8
3.設(shè)計自由度大：在設(shè)計傳統(tǒng)折射光學元件時，一般僅通過改變其曲率或材料來得到期望的光斑，因此傳統(tǒng)元件僅能夠設(shè)計較為簡單的輸出面光斑。而衍射光學元件可以通過改變浮雕結(jié)構(gòu)、深度等得到任意形狀的輸出面光斑。因此衍射光學元件在設(shè)計自由度上優(yōu)于傳統(tǒng)光學元件。 GC <zL }
4.材料可選性多：可以將衍射光學元件的面形結(jié)構(gòu)刻蝕在石英材料、電介質(zhì)、金屬材料和一些光學性質(zhì)不理想紅外材料上，而傳統(tǒng)光學一般不會選擇這些半導體材料。此外，衍射光學元件還可以利用這些紅外材料在寬波段上消除色差。 g voo1 Sa
5.光學功能多：衍射光學元件可以產(chǎn)生球面、非球面、環(huán)形面、錐形面等任意期望的波面。與傳統(tǒng)光學器件相比，大大增加了應用功能。 眾所周知，如果在鏡頭里面使用 DOE面型，可以校正透鏡的色差。所以可以通過使用 DOE 來改善鏡頭的性能，或者設(shè)計具有較少元件但性能與復雜設(shè)計相當?shù)溺R頭。如果能夠以低成本生產(chǎn) DOE，則所得到的鏡片的制造成本可能更低。為了實現(xiàn)這一持續(xù)發(fā)展，SYNOPSYS提供了 ADA 功能，該功能將檢查當前鏡頭，并自動判斷將DOE面設(shè)置在哪個面，可以讓系統(tǒng)性能更好。本文展示了如何將鏡頭表面轉(zhuǎn)換為DOE，可以顯著提高圖像質(zhì)量，或者讓您以更少的元件獲得所需的成像質(zhì)量。 NIzx SGk|
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SYNOPSYS中有多少種DOE？ GWQ_X9+q
在SYNOPSYS里面共有四種類型的DOE面型,包括簡單DOE(Simple DOE,USS 16)、多層DOE(Multilayer DOE,USS 20)、擴展的簡單DOE(Extended simple DOE, USS 25)和三層DOE(3-layer DOE,USS 26)。下面我將簡單介紹這四種DOE面型。 x}c%8dO#J
1.簡單DOE
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這種類型將一個表面定義為衍射光學元件(DOE)的簡單形式。USS Type 16不太通用，但更容易使用。表面完全由數(shù)據(jù)輸入表單輸入的系數(shù)描述，并且在展開多項式中只包含偶數(shù)次冪，只能描述旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。 09r0Rb
2.多層DOE P+h p'YK1
和USS 16一樣是旋轉(zhuǎn)對稱的DOE，但USS20類型的DOE是由兩個部分組成的，不同的材料，具有相同的OPD和形狀功能，但結(jié)構(gòu)波長不同。這些部分安裝得非常接近，所以區(qū)域幾乎是接觸的，在這種配置下，衍射效率可以比簡單DOE的情況高得多。 +1R
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膜層不能被應用到該USS表面，并且在任何一邊的材料必須是真正的玻璃或塑料，而不是GLM模型玻璃。在該表面類型的任意一側(cè)指定為空氣或在兩側(cè)為相同的材料都是錯誤的。 1z#0CX}Y/H
3.擴展的簡單DOE "
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