SYNOPSYS?光學(xué)設(shè)計(jì)軟件--球面激光束整形器

概述

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激光整形器

檢查能量密度或光通量均勻性的三種方法：

– FLUX

– FLUX像差

– DPROP

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參考Donald Dilworth《Lens Design Automatic and quasi-autonomous computational methods and techniques》第15章

激光整形器

激光器的輸出具有高斯強(qiáng)度分布，這是非均勻的，并且對(duì)于某些應(yīng)用，人們希望使其均勻。激光整形器使其均勻。

設(shè)計(jì)激光整形器有多種方法：

·對(duì)于具有球形表面的簡單透鏡，它需要以重新分布光的方式平衡相當(dāng)大量的球差，降低光束中心的能量密度，同時(shí)增加邊緣附近的能量密度，同時(shí)保持波前像差在掌握之中。

·使用非球面表面更容易，其中人們可以更好地控制要引入的像差量，并且如果使用衍射光學(xué)元件也更容易。

問題是后兩者比球面透鏡貴

我們將嘗試一種全部使用球面的方法，以確定我們可以使光束的多么均勻以及我們需要多少透鏡

激光束整形器的初始系統(tǒng)

點(diǎn)擊Open MACro按鈕 ，打開C15M1.MAC，點(diǎn)擊Open， 點(diǎn)擊Run按鈕 

檢查能量密度方法一

檢查能量密度如何從孔徑的中心下降到邊緣，在Command Window中輸入FLUX 100 P 3，方法一是FLUX

檢查能量密度方法二

點(diǎn)擊Open MACro按鈕，打開C15M2.MAC， 點(diǎn)擊Open，點(diǎn)擊Run按鈕，在Command Window中輸入如下命令，STEPS = 100，DD，方法二是FLUX像差。

添加元件

點(diǎn)擊WorkSheet Lens Edit按鈕。

點(diǎn)擊Insert Element按鈕。

在表面5的右側(cè)添加兩個(gè)元件

點(diǎn)擊Checkpoint按鈕。

優(yōu)化四個(gè)透鏡

點(diǎn)擊Open MACro按鈕 。

打開C15M3.MAC，點(diǎn)擊Open

點(diǎn)擊Run按鈕 。

您的結(jié)果可能會(huì)有所不同，因?yàn)槟c(diǎn)擊插入元件 的確切位置是不可預(yù)測(cè)的。

再次評(píng)估光通量均勻性

為了確定情況是否有所改善，我們需要再次評(píng) 估光通量均勻性

在Command Window中 輸入FLUX 100 P 10

光通量沒有改善

編輯光源

在WorkSheet中，在表面框中輸入數(shù)字 0，然后 單擊“Update”

該光源目前定義為 OBG 0.35 2.000000，意思是高斯物，腰半徑0.35 mm，全孔徑在兩倍1/e2點(diǎn)

將其更改為 OBG .35 1 并單擊“Update”

優(yōu)化并模擬退火

點(diǎn)擊Run按鈕  ，再次運(yùn)行C15M3.MAC

點(diǎn)擊 ，模擬退火(22, 1, 50)

四個(gè)透鏡的光通量均勻性

FLUX 100 P 10 。

現(xiàn)在光通量稍好一些，但仍然不夠均勻。

在保持光線角度控制的同時(shí)使強(qiáng)度分布變均勻并不容易。

這是所能達(dá)到四個(gè)元件的一個(gè)好的結(jié)果。

再添加兩個(gè)透鏡

點(diǎn)擊WorkSheet Lens Edit按鈕 。

點(diǎn)擊Insert Element按鈕 。

在表面9的右側(cè)添加兩個(gè)元件。

優(yōu)化六個(gè)透鏡

點(diǎn)擊Open MACro按鈕 ，打開C15M4.MAC。

點(diǎn)擊Open，點(diǎn)擊Run按鈕 。

點(diǎn)擊 ，模擬退火(22, 1, 50)

六片透鏡的光通量均勻性

FLUX 100 P 14。

光通量完全在10%的均勻 度的目標(biāo)范圍內(nèi)。

可以使用全球面透鏡完成激光整形器，但需要六片 透鏡。

足跡圖

MFP。

關(guān)閉開關(guān)27，選擇表面13， Scale X Times 10，600條光線。

光線更多地在中心附近散開，在邊緣附近壓縮，這正是使光束更均勻的正確方法。

檢測(cè)能量密度方法三

方法三是 DPROP衍 射傳播特性。

CHG，CFIX，1 TH 0，END，DPROP P 0 0 13 SURF 3 R RESAMPLE。

總結(jié)

本例講述了使用全球面鏡可以設(shè)計(jì)激光整形器，但 需要六片透鏡；以及檢查能量密度或光通量均勻性 的三種方法：FLUX，F(xiàn)LUX像差，DPROP。

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