非球面激光束整形器
參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》書第十六章
6m(? (6+;K
,Z b 首先選擇工作目錄C:\Synopsys\Dbook\
fpC":EX@r
然后，點(diǎn)擊“Open MACro”按鈕 
，打開(kāi)宏C16M1，該文件中的代碼如下： Kb {&a RLE !鏡頭輸入文件起始點(diǎn)
ID LASER BEAM SHAPER ! 鏡頭標(biāo)識(shí)
WA1 .6328 ! 定義單個(gè)波長(zhǎng)，單位為um
UNI MM !透鏡單位為mm
OBG .351 ! 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 -5 TH 2 GTB S ! 定義表面2的半徑和厚度，以及玻璃類型為來(lái)自玻璃庫(kù)Schott 的SF6
SF6
3 UMC 0.3 YMT 5 ! UMC指令求解表面3的曲率，給定邊緣光線的角度為0.3；
! YMT指令求解在表面4上邊緣光線高度為5mm時(shí)所對(duì)應(yīng)的厚度；
4 RD 20 TH 4 PIN 2 ! 定義表面4的半徑和厚度，并拾取表面2的折射率
5 UMC 0 TH 50 ! UMC指令求解表面5的曲率，給定邊緣光線的角度為0°，即光束被準(zhǔn)直；表面5的厚度為50mm;
7 ! 定義表面6和表面7，且兩表面必須平坦且重合，因?yàn)樗鼈兪茿FOCAL輸出
AFOCAL ! 設(shè)置系統(tǒng)無(wú)焦
END !結(jié)束鏡頭輸入文件
點(diǎn)擊PAD圖標(biāo)
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：
@{_X@Wv4iV 圖1粗略猜測(cè)用于激光束整形器的初始系統(tǒng)
對(duì)初始系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，運(yùn)行優(yōu)化宏C16M2，其代碼為：
CHG ！改變透鏡
NOP ！移除所有表面拾取和求解
4 PIN 2 ！表面4拾取表面2的折射率
5 TH10 UMC 0 ！表面5的厚度為10mm，UMC求解表面5的曲率，給點(diǎn)邊緣光線的角度為0；
END ！結(jié)束
PANT ! 定義變量參數(shù)
VLISTRAD 2 3 45 ! 改變表面2，表面3，表面4，表面5的半徑
VLISTTH 3 ! 改變表面3的厚度
VY 3CC ! 改變表面3的圓錐常數(shù)
VY 4CC ! 改變表面4的圓錐常數(shù)
VY 3G 3 ! 改變表面3的第四階非球面項(xiàng)系數(shù)G3
VY 3G 6 !改變表面3的第六階非球面項(xiàng)系數(shù)G6
VY 3G 10 !改變表面3的第八階非球面項(xiàng)系數(shù)G10
VY 4G 3 ! 改變表面4的第四階非球面項(xiàng)系數(shù)G3
VY 4G 6 !改變表面4的第六階非球面項(xiàng)系數(shù)G6
VY 4G 10 !改變表面4的第八階非球面項(xiàng)系數(shù)G10
END ! 結(jié)束
AANT ! 定義像差參數(shù)
AEC 11 1 ！自動(dòng)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 41 1 ！自動(dòng)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
ASC !自動(dòng)控制表面傾斜角
LUL100 1 1 A TOTL ! 系統(tǒng)總長(zhǎng)不超過(guò)100
M 5100 A PYA 0 0 1 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6的邊緣光線高度目標(biāo)值為5，權(quán)重為100；LB1-倒數(shù)第2個(gè)面
M 0 1A P FLUX 0 0 1 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .99 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.99時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .98 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.98時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .97 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.97時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .96 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.96時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .95 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.95時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .94 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.94時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .93 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.93時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .92 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.92時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .91 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.91時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .9 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.9時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .89 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.89時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .88 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.88時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .86 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.86時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .84 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.84時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .82 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.82時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .8 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.8時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .7 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.7時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .5 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.5時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
M 0 1A P FLUX 0 0 .3 0 LB1 ! 0視場(chǎng)表面6上在Y方向高度為0.3時(shí)所對(duì)應(yīng)的光通量衰減為0
GSO 0.01 10 P ! 控制弧矢面上10條光線產(chǎn)生的OPD
GSR0 50 10P ! 控制弧矢面光線網(wǎng)格中所產(chǎn)生的光線角度為0，由于系統(tǒng)是AFOCAL的，所以使用GSR指令以輸出角度為目標(biāo)
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 50 ！程序優(yōu)化次數(shù)為50次
接著，點(diǎn)擊圖標(biāo)
進(jìn)行模擬退火，具體參數(shù)設(shè)置為（22,1,50）： 
F!u)8>s+z{
得到采用非球面透鏡的雙透鏡設(shè)計(jì)，如圖2所示：
T8|?mVv s
圖2 采用非球面透鏡的雙透鏡設(shè)計(jì)
然后評(píng)估該鏡頭的光通量均勻性。在CW窗口輸入SYNOPSYSAI>FLUX 100 P 5,然后點(diǎn)擊“Enter”鍵。得到光通量分布圖，光通量幾乎均勻。
_a& Z$2O FLUX 100 P 5 的含義：
數(shù)字100-追跡的光線數(shù)目
字母P-主波長(zhǎng)
數(shù)學(xué)5-表面5
fKr_u<| 在CW中輸入指令OPD，TFAN 5 P，如下圖所示：
|gu@b~8 TFAN-子午光扇圖
5-光線數(shù)目
P-主色
7.ein:M|CB 由圖可知，該鏡頭設(shè)計(jì)基本上是完美的，只有超過(guò)1/1000的波前差，僅需兩片透鏡。
使用DPROP檢查輸出波前。運(yùn)行宏C16M3，其代碼為：
STORE9 ! 將透鏡結(jié)果保存在透鏡庫(kù)位置9
CHG ! 改變透鏡
CFIX ! 固定孔徑光闌
END ! 結(jié)束
DPROPP 0 0 5 SURF 2.5 R RESAMPLE !設(shè)置衍射傳播參數(shù)
GET9 ! 獲取透鏡庫(kù)位置9的透鏡
)uo".n|n~B
關(guān)于DPROPP 0 0 5 SURF 2.5 R RESAMPLE 的解釋：
DPROP-衍射傳播
P-主色
第一個(gè)0- Y方向的0視場(chǎng)
第二個(gè)0-X方向的0視場(chǎng)
5-表面5
SURF-繪制一個(gè)波陣面透視圖，波陣面落在表面5的頂點(diǎn)平面上
2.5-曲面圖的高度
R-設(shè)定該曲面的視角為右視角
RESAMPLE-多重采樣
最后得到DPROP衍射傳播特性分析圖：
Y,}h{*9Kd 接著查看非球面透鏡與最佳擬合球體(CFS)的距離。在CW中輸入指令：ADEF 3 PLOT，得到非球表面3與CFS的偏差。同樣輸入指令A(yù)DEF 4 PLOT，得到非球面4與CFS的偏差。
_/}$X"4 在CW中輸入指令：ADEF 3 FRINGES，得到非球表面3的條紋圖。同樣輸入指令A(yù)DEF 4 FRINGES，得到非球面4的條紋圖。
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