SYNOPSYS 光学设计软件课程第13课：带有衍射光学元件的激光扩束器

第13课. 带有衍射光学元件的激光扩束器

在第11课中，您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器，并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。第12课采用相同的设计，使用两个非球面元件，效果极佳。本课程将证明您可以使用DOE（衍射光学元件）。

目标是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10％以内的光束

这是我们初始的输入文件：

RLE ! Beginning of lens input file.。

ID KINOFORM BEAM SHAPER

WA1 .6328 ! Single wavelength

UNI MM ! Lens is in millimeters

OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. 1TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist .

2RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog SF6

3TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element

3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE)

CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt

HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a

film of a different index.

RNORM 1

4 TH 2 GTB S

! The first side of the second element is also a DOE

SF6

4 USS 16

CWAV .6328

HIN 1.7988 55

RNORM 1

5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface

7 ! Surfaces 6 and 7 exist

AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output.

END ! End of lens input file.

我们给第2个表面指定了一个合理RD值。这是现阶段的系统，还没有DOE的非球面系数：

任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。首先，让我们将第二个透镜的两边保持为平面。这是我们认为可以完成工作的优化MACro：

PANT ! Start of variable parameter definitions.

RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY

2 RAD

VLIST TH 3 ! Vary the airspace

VY 3 G 26 ! Vary term Y**2,

VY 3 G 27 ! Y**4,

VY 3 G 28 ! and Y**6

VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4

VY 4 G 27

VY 4 G 28

END

AANT ! Start of merit function definition

AEC

ACC

LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large

M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5

M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones

M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6

M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6

GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays,

GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too.

END ! End of merit function definition.

SNAP

SYNO 40

这个PANT文件改变了一些通用的G变量，我们在上一课中使用它来改变镜头元件上的一些非球面系数项。但在这种情况下，表面已经被定义为USS类型16，这是一个简单的DOE表面，因此这些选项改变了定义该形状的系数。（键入HELP USS以了解您可用的形状以及G系数如何应用于它们。）

我们运行这个宏，镜头看起来很有希望。所以我们再次运行它然后模拟退火几个周期。

一点也不差。我们尝试改变一些高阶系数。我们在两个DOE上添加新系数，最高为G 31，即Y ** 12系数。重新优化后，镜头看起来大致相同，但评价函数功能下降到3.13E-7。看起来运行收敛了！

现在光通量如何随孔径变化？我们输入命令