在這篇文章中,我們簡要介紹了使用SYNOPSYS設計衍射
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計過程和案例。主要目的是為剛接觸這個課題的設計者提供一個起點,看看SYNOPSYS有哪些DOE面型可使用。
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qt&zo5 什么是衍射光學元件(DOE)?
9p '#a: 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。
hq[RU&\ 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)光學元件的基礎上又多了許多新的特點:
o*}--d?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構的位相是連續(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。
%I>-_el 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。
7Ew.6!s#n1 3.設計自由度大:在設計傳統(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構、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計自由度上優(yōu)于傳統(tǒng)光學元件。
tM&;b?bJ[ 4.材料可選性多:可以將衍射光學元件的面形結構刻蝕在石英材料、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。
-|\SNbPTV 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,或者設計具有較少元件但性能與復雜設計相當?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。
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