在第11課中，我們設(shè)計(jì)了一個激光束整形器，以平整化小型HeNe激光器的高斯光束輪廓。 為了降低制造成本，我們嘗試用球面的設(shè)計(jì)來達(dá)到這個目標(biāo)，因?yàn)樗�比非球面更容易制造�?使用一個六片透鏡設(shè)計(jì)，這似乎符合我們的規(guī)格。 也許這種設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步改進(jìn)，但我們也必須要考慮六片球面鏡是否比兩片非球面鏡更便宜。 如果不是，那么非球面設(shè)計(jì)看起來更具吸引力。

讓我們使用和第11課中相同的雙透鏡結(jié)構(gòu)開始，進(jìn)行修改，以便我們只將光通量平坦化為1 / e ** 2點(diǎn)。 得到兩倍的孔徑似乎是不切實(shí)際的，需要需要再次優(yōu)化。 下面是初始結(jié)構(gòu)文件：

RLE

ID LASER BEAM SHAPER     ! Beginning of lens input file

WA1 .6328               ! Single wavelength

UNI MM               ! Lens is in millimeters

OBG .35 1               ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture at the 1/e**2 point.

1 TH 22                ! Surface 2 is 22 mm from the waist .

2 RD -5 TH 2 GTB S

SF6     ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog

3 UMC 0.3 YMT 5          ! Solve for the curvature of surface 3 so the marginal ray has an angle of 0.3; find

!spacing so ray height is 5 mm on next surface

RD 20 TH 4 PIN 2          ! Guesses for surface 4

UMC 0 TH 50           ! Solve for curvature of 5 so beam is collimated.

7                    ! Surfaces 6 and 7 exist

AFOCAL                       ! because they are required for AFOCAL output.

END                    ! End of lens input file.

優(yōu)化命令如下

    CHG

    NOP                  ! Be sure there are no pickups or solves. 確保沒有拾取或解決方案。

    4 PIN 2

    5 TH 10 UMC 0         ! move surface 6 before the caustic在焦散前移動表面6

    END

    PANT                   ! Start of variable parameter definition. 開始定義變量參數(shù)

    VLIST RAD 2 3 4 5   ! Vary four radii. 四個半徑變化

    VLIST TH 3          ! Vary the central airspace. 改變中心的空氣間隔。

    VY 3 CC              ! Vary the conic constant on surface 3. 改變表面3上的圓錐常數(shù)

    VY 4 CC              ! And on surface 4. 改變表面4上的圓錐常數(shù)

    VY 3 G 3            ! Add three aspheric terms to surface3. 向表面3添加三個非球面項(xiàng)

    VY 3 G 6

    VY 3 G 10

    VY 4 G 3             ! And three to surface 4. 表面4也添加3個球面頂

    VY 4 G 6

    VY 4 G 10

    END

    AANT                   ! Start of merit function definition. 開始評價函數(shù)定義

    AEC                   ! Enable automatic edge feathering control. 啟用控制邊緣厚度

    ACC                   ! Enable automatic center thickness monitoring啟控制中心厚度

    ASC                   ! Enable automatic slope control, so curves don’t get too steep. 啟用自動坡度控制，因此曲線不會太陡峭

    LUL 100 1 1 A TOTL  ! Limit the paraxial total length to no more than 150 mm. 限制近軸總長度不超過150毫米。

    M 5 100 A P YA 0 0 1 0 LB1

    M 5 100 A P YA 0 0 1 0 LB2 ! Assign a target of 5 mm to the marginal ray on surfaces 5, 6. 為表面5,6上的邊緣射線分配5 mm的目標(biāo)。

    M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 LB1 ! Target the flux difference between the marginal ray point and the on!axis point to 0 on surface 6. 瞄準(zhǔn)邊緣射線點(diǎn)和on之間的通量差!在表面上軸線指向0。

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .99 0 LB1     ! Target the flux at the 0.99 aperture point. 將光通量定位在0.99孔徑點(diǎn)。

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 LB1     ! And so on, for a set of zones. 等等，對于一組區(qū)域進(jìn)行設(shè)置。

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .9 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .89 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .88 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .86 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .84 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .82 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 LB1

    M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 LB1

    GSO 0 .01 10 P          ! Target the OPD of an SFAN of 10 rays to zero, with a weight of .01將10條光線的SFAN的OPD定為零，權(quán)重為.01

    GSR 0 50 10 P           ! And also target the ray angles to zero. 并且還將光線角度定為零。

    END

    SNAP

    SYNO 50

雖然這很簡單，但應(yīng)該指出：為什么GSR用于瞄準(zhǔn)光線角度？通常，GSR控制每條光線相對于主光線的實(shí)際X坐標(biāo) - 但由于此系統(tǒng)處于AFOCAL模式，輸出是準(zhǔn)直的，因此該案例將以輸出角度為目標(biāo)。

如何指定光線和光通量目標(biāo)應(yīng)在表面6？這個系統(tǒng)共有七個表面，計(jì)算AFOCAL角度轉(zhuǎn)換所需的兩個虛擬面。助記符“LB1”表示“最后但只有一個”，并且在處理輸入時它被表面6替換。

此處，選擇兩個表面上圓錐系數(shù)和三個非球面系數(shù)為變量。還有更高的系數(shù)，這種形式的非球面有22個系數(shù)可用，但只有系數(shù)G3，G6，G10，G16，G18，G19，G20，G21和G22是旋轉(zhuǎn)對稱的。讓第4，第6，第8和第10 - 到20階非球面項(xiàng)作為變量，在這里沒有使用最后的六個系數(shù)。

讓我們運(yùn)行這個MACro�？赡軙�得到更好的結(jié)果，模擬退火幾個周期。

這使得評價函數(shù)降至2.1E-5，這表明已經(jīng)找到了一個很好的解決方案。

這是最終設(shè)計(jì)的FLUX圖：

曲線幾乎完全均勻，那么OPD誤差怎么樣？

    SYNOPSYS AI>OPD

        SYNOPSYS AI>SFA 5 P

        ID LASER BEAM SHAPER                       115            20-MAY-17   13:32:54

        SAGITTAL RAY FAN ANALYSIS

        FRACT. OBJECT HEIGHT               HBAR      0.000000   GBAR      0.000000

        COLOR NUMBER                          1

         REL ENT PUPIL   WAVEFRONT ABERR

              XEN            OPD (WAVES)

        ________________________________

        0.200             -0.000865       0.400

        -6.675373E-05       0.600

        0.000361

             0.800             -0.000651

             1.000             -0.000791

這種設(shè)計(jì)基本上是完美的，誤差小于1/1000，并且它只需要兩片透鏡。 看起來不需要像第11課的六片透鏡那么多鏡片的設(shè)計(jì)！

為了確保正確性，還要檢查DPROP的輸出波前：

    STORE 9

    CHG

    1 SIN

    1 TH 0

    CFIX

    END

    DPROP P 0 0 6 SURF 2.5 R RESAMPLE

    GET 9

這正是我們追求的目標(biāo)。 在這里，該程序再次確定衍射不起重要作用，并且計(jì)算純粹是幾何的。

現(xiàn)在唯一的問題是非球面鏡的制造難度。查看非球面鏡與最近擬合球面（CFS）的距離。

    ADEF 3 PLOT ADEF

    4 PLOT

這兩個非球面鏡都距離CFS只有幾微米。 看來這是可控的。 看看相對于CFS的邊緣模式：

ADEF 3 FRINGES

這樣的非球面面型，對加工廠來說，是可以被加工出來的。請參閱第21課，了解如何使用CLINK優(yōu)化功能來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。