SYNOPSYS™光学设计软件--球面激光束整形器

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概述

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激光整形器

检查能量密度或光通量均匀性的三种方法：

– FLUX

– FLUX像差

– DPROP

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

激光整形器

激光器的输出具有高斯强度分布，这是非均匀的，并且对于某些应用，人们希望使其均匀。激光整形器使其均匀。

设计激光整形器有多种方法：

·对于具有球形表面的简单透镜，它需要以重新分布光的方式平衡相当大量的球差，降低光束中心的能量密度，同时增加边缘附近的能量密度，同时保持波前像差在掌握之中。

·使用非球面表面更容易，其中人们可以更好地控制要引入的像差量，并且如果使用衍射光学元件也更容易。

问题是后两者比球面透镜贵

我们将尝试一种全部使用球面的方法，以确定我们可以使光束的多么均匀以及我们需要多少透镜

激光束整形器的初始系统

点击Open MACro按钮 ，打开C15M1.MAC，点击Open， 点击Run按钮 

检查能量密度方法一

检查能量密度如何从孔径的中心下降到边缘，在Command Window中输入FLUX 100 P 3，方法一是FLUX

检查能量密度方法二

点击Open MACro按钮，打开C15M2.MAC， 点击Open，点击Run按钮，在Command Window中输入如下命令，STEPS = 100，DD，方法二是FLUX像差。

添加元件

点击WorkSheet Lens Edit按钮。

点击Insert Element按钮。

在表面5的右侧添加两个元件

点击Checkpoint按钮。

优化四个透镜

点击Open MACro按钮 。

打开C15M3.MAC，点击Open

点击Run按钮 。

您的结果可能会有所不同，因为您点击插入元件 的确切位置是不可预测的。

再次评估光通量均匀性

为了确定情况是否有所改善，我们需要再次评 估光通量均匀性

在Command Window中 输入FLUX 100 P 10

光通量没有改善

编辑光源

在WorkSheet中，在表面框中输入数字 0，然后 单击“Update”

该光源目前定义为 OBG 0.35 2.000000，意思是高斯物，腰半径0.35 mm，全孔径在两倍1/e2点

将其更改为 OBG .35 1 并单击“Update”

优化并模拟退火

点击Run按钮  ，再次运行C15M3.MAC

点击 ，模拟退火(22, 1, 50)

四个透镜的光通量均匀性

FLUX 100 P 10 。

现在光通量稍好一些，但仍然不够均匀。

在保持光线角度控制的同时使强度分布变均匀并不容易。

这是所能达到四个元件的一个好的结果。

再添加两个透镜

点击WorkSheet Lens Edit按钮 。

点击Insert Element按钮 。

在表面9的右侧添加两个元件。

优化六个透镜

点击Open MACro按钮 ，打开C15M4.MAC。

点击Open，点击Run按钮 。

点击 ，模拟退火(22, 1, 50)

六片透镜的光通量均匀性

FLUX 100 P 14。

光通量完全在10%的均匀 度的目标范围内。

可以使用全球面透镜完成激光整形器，但需要六片 透镜。

足迹图

MFP。

关闭开关27，选择表面13， Scale X Times 10，600条光线。

光线更多地在中心附近散开，在边缘附近压缩，这正是使光束更均匀的正确方法。

检测能量密度方法三

方法三是 DPROP衍 射传播特性。

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

总结

本例讲述了使用全球面镜可以设计激光整形器，但 需要六片透镜；以及检查能量密度或光通量均匀性 的三种方法：FLUX，FLUX像差，DPROP。

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