小火龍果

2020-03-13 15:12

SYNOPSYS代碼詳解-非球面激光束整形器

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

首先選擇工作目錄C:\Synopsys\Dbook\

[attachment=98969]

然后，點擊“Open MACro”按鈕

，打開宏C16M1，該文件中的代碼如下：

RLE !鏡頭輸入文件起始點

ID LASER BEAM SHAPER ! 鏡頭標識

WA1 .6328 ! 定義單個波長，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

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，以及玻璃類型為來自玻璃庫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時所對應的厚度；

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，因為它們是AFOCAL輸出

AFOCAL ! 設置系統無焦

END !結束鏡頭輸入文件

點擊PAD圖標[attachment=98972]或在CW窗口輸入SYNOPSYS AI>PAD,得到該透鏡系統的二維圖，如圖1所示：

[attachment=98978]

圖1粗略猜測用于激光束整形器的初始系統

對初始系統進行優(yōu)化，運行優(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，給點邊緣光線的角度為0；

END ！結束

PANT ! 定義變量參數

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

VY 4CC ! 改變表面4的圓錐常數

VY 3G 3 ! 改變表面3的第四階非球面項系數G3

VY 3G 6 !改變表面3的第六階非球面項系數G6

VY 3G 10 !改變表面3的第八階非球面項系數G10

VY 4G 3 ! 改變表面4的第四階非球面項系數G3

VY 4G 6 !改變表面4的第六階非球面項系數G6

VY 4G 10 !改變表面4的第八階非球面項系數G10

END ! 結束

AANT ! 定義像差參數

AEC 11 1 ！自動控制邊緣厚度，防止邊緣太薄，目標值為1，權重為1，窗口為1

ACC 41 1 ！自動控制元件中心厚度，防止中心厚度太厚，目標值為4，權重為1，窗口為1

ASC !自動控制表面傾斜角

LUL100 1 1 A TOTL ! 系統總長不超過100

M 5100 A PYA 0 0 1 0 LB1 ! 0視場表面6的邊緣光線高度目標值為5，權重為100；LB1-倒數第2個面

M 0 1A P FLUX 0 0 1 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為1時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .99 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.99時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .98 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.98時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .97 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.97時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .96 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.96時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .95 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.95時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .94 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.94時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .93 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.93時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .92 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.92時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .91 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.91時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .9 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.9時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .89 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.89時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .88 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.88時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .86 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.86時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .84 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.84時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .82 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.82時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .8 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.8時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .7 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.7時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .5 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.5時所對應的光通量衰減為0

M 0 1A P FLUX 0 0 .3 0 LB1 ! 0視場表面6上在Y方向高度為0.3時所對應的光通量衰減為0

GSO 0.01 10 P ! 控制弧矢面上10條光線產生的OPD

GSR0 50 10P ! 控制弧矢面光線網格中所產生的光線角度為0，由于系統是AFOCAL的，所以使用GSR指令以輸出角度為目標

END ! 結束

SNAP ！設置PAD圖更新頻率，每一次優(yōu)化更新一次

SYNO 50 ！程序優(yōu)化次數為50次

接著，點擊圖標[attachment=98976]進行模擬退火，具體參數設置為（22,1,50）：

[attachment=98977]

得到采用非球面透鏡的雙透鏡設計，如圖2所示：

[attachment=98979]

圖2 采用非球面透鏡的雙透鏡設計

然后評估該鏡頭的光通量均勻性。在CW窗口輸入SYNOPSYSAI>FLUX 100 P 5,然后點擊“Enter”鍵。得到光通量分布圖，光通量幾乎均勻。

FLUX 100 P 5 的含義：

數字100-追跡的光線數目

字母P-主波長

數學5-表面5

[attachment=98975]

在CW中輸入指令OPD，TFAN 5 P，如下圖所示：

TFAN-子午光扇圖

5-光線數目

P-主色

[attachment=98971]

由圖可知，該鏡頭設計基本上是完美的，只有超過1/1000的波前差，僅需兩片透鏡。

使用DPROP檢查輸出波前。運行宏C16M3，其代碼為：

STORE9 ! 將透鏡結果保存在透鏡庫位置9

CHG ! 改變透鏡

CFIX ! 固定孔徑光闌

END ! 結束

DPROPP 0 0 5 SURF 2.5 R RESAMPLE !設置衍射傳播參數

GET9 ! 獲取透鏡庫位置9的透鏡

關于DPROPP 0 0 5 SURF 2.5 R RESAMPLE 的解釋：

DPROP-衍射傳播

P-主色

第一個0- Y方向的0視場

第二個0-X方向的0視場

5-表面5

SURF-繪制一個波陣面透視圖，波陣面落在表面5的頂點平面上

2.5-曲面圖的高度

R-設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：

[attachment=98970]