這節(jié)課將展示如何設(shè)計從一個激光二極管到一個圓形準(zhǔn)直光束的光學(xué)轉(zhuǎn)換器。我們從一個典型的激光二極管的規(guī)格開始，它在X方向和y方向上有不同的發(fā)散角，設(shè)計任務(wù)比較復(fù)雜。以下是我們的設(shè)計規(guī)格:

Y方向的光束發(fā)散度: 8.5度

X方向的光束發(fā)散度: 19 度

波長為0.403 um

我們將使用OBG命令，它需要高斯腰半徑作為參數(shù)。首先我們要把發(fā)散角轉(zhuǎn)換成半徑值。

在用戶手冊的3.1.2節(jié)中，我們了解到該程序利用公式將光束半徑轉(zhuǎn)換為發(fā)散角

DIV = WAV(p) M2 / π WAIST No

WAIST = WAV(p) M2 / π DIV No

      從這里我們得到了y方向的GWR = 0.0008644和x方向的GWR =0.0003868�，F(xiàn)在我們創(chuàng)建RLE文件。在EE編輯器中鍵入RLE文件

      ID LASER DIODE BEAM CONVERTER UNI MM

      WA1 .403

      OBG 0.0008644 1 .0003868

      1 TH 20

      2

      END

然后運行這個宏，你會得到一個結(jié)構(gòu)簡單初始結(jié)構(gòu)

很容易看出光束在X方向上與在Y方向上的差異:

      SYNOPSYS    AI>BEAM

      ID LASER    DIODE BEAM CONVERTER    2434    21-JUL-18

      13:43:50

      GAUSSIAN BEAM ANALYSIS

      SURF    BEAM RADIUS    WAIST LOCATION    WAIST RADIUS    DIVERGENCE

      1    8.6440000E-04 -3.8714234E-16    8.6440000E-04    0.148402

      2    2.968045    -20.000000    8.6440000E-04    0.148402

      SYNOPSYS AI>XBEAM

      ID LASER DIODE BEAM CONVERTER    2434    21-JUL-18 13:43:52

      GAUSSIAN BEAM ANALYSIS

      SURF    BEAM RADIUS    WAIST LOCATION    WAIST RADIUS    DIVERGENCE

      BEAM    ANALYSIS IS IN THE X-Z PLANE

      1    3.8680000E-04 -6.0536896E-16    3.8680000E-04    0.331641

      2    6.632828    -20.000000    3.8680000E-04    0.331641

      SYNOPSYS AI>

曲面2上的GBR在Y方向上比在x方向上小得多，我們的第一個任務(wù)是把這個差異消除掉。我們需要在光束的中心插入一個透鏡。在工作表中，制作一個檢查點，然后單擊WS工具欄中的Insert Element按鈕。然后點擊PAD顯示器靠近中心的位置，程序?qū)⒃谠撐恢锰砑右粋�鏡片。

我們來看看光束輸出的形狀。輸入MPE，選擇旋轉(zhuǎn)透視選項，并在光束邊緣顯示一個圓形圖案，用紅色表示。然后單擊執(zhí)行。

旋轉(zhuǎn)顯示器，你會看到X軸上的光束比Y軸上的光束要大得多。

糾正這個問題，需要在表面3上添加一個圓柱體透鏡。在WS中，選擇該曲面，單擊曲率對話框按鈕，然后選擇Toric或柱面按鈕，并給出Y-Z半徑10毫米和X-Z半徑0。單擊OK按鈕并關(guān)閉對話框。

現(xiàn)在我們在表面3上有一個圓柱體，但是我們必須調(diào)整它的參數(shù)，使表面4上的光束半徑在X方向和y方向上相同。

創(chuàng)建一個新的宏。我們不希望光束太陡，所以我們要求鏡片厚度由3毫米增加到33毫米。宏如下：

      PANT

      VY 2 RAD

      VY 3 RAD

      VY 3 TH END

      AANT

      M 33 1 A TH 3

      M 7 1 A P YA 0 0 1 0 4

      M 7 1 A P XA 0 1 0 0 4 END

      SNAP SYNO 10

運行這個宏之后，將創(chuàng)建一個新的RPER繪圖。光束在位置4確實是圓形的。

但它還沒有像我們希望的那樣進(jìn)行準(zhǔn)直。在WS末尾添加另一個鏡片。

我們將在曲面5上，使用非旋轉(zhuǎn)對稱的kinoform曲面，形狀為USS 25。創(chuàng)建一個檢查點，在WS中選擇該曲面，然后再次打開曲率對話框。USS選項如下

如下灰面上的箭頭所示，你必須從一個平坦的表面開始改變一個USS形狀。點擊平面按鈕，然后點擊USS按鈕。當(dāng)一個新的對話框打開時，選擇類型25 Extended DOE，并單擊OK和Close按鈕。

我們希望輸出的光束是準(zhǔn)直的，添加曲面 7，并使系統(tǒng)無焦。

建立一個新的MACro

      PANT

      VY 2 RD

      VY 3 RD

      VY 4 RD

      VY 3 TH

      VY 5 G 16

      VY 5 G 17

      VY 5 G 18

      VY 5 G 19

      VY 5 G 20

      VY 5 G 21

      VY 5 G 24

      VY 5 G 25

      VY 5 G 26

      VY 5 G 27

      VY 5 G 28

      VY 5 G 29

      VY 5 G 32

      VY 5 G 33

      VY 5 G 34

      VY 5 G 35

      VY 5 G 36

      VY 5 G 37

      END AANT

      M 0 10 A P HH 0 0 1 0 5

      M 7.0 1 A P YA 0 0 1 0 5

      M 7.0 1 A P XA 0 1 0 0 5

      GNR 0 .1 9 P

      GNO 0 .1 9 P END

      SNAP SYNO 22

這將改變新DOE的系數(shù)，在X方向和Y方向上保持光束半徑等于7mm，要求邊緣光線出射角為零，并糾正橫向色差和OPD像差。這個過程收斂得很好——但是第2個鏡片太薄了，所以將厚度增加到3mm，并再次運行優(yōu)化。以下是我們的設(shè)計:

輸入MDI設(shè)置一個瞳孔圖，按0.1波長/英寸的比例畫圖。結(jié)果顯示誤差小于1/10波。

我們還沒考慮過強度衰減問題。這是一個激光二極管，我們假設(shè)強度分布是高斯的。讓我們檢查一下光通量。

FLUX 20 P 6

光通量的下降完全符合我們的預(yù)期�，F(xiàn)在我們需要解決照度均勻的問題。

但是我們在第13課中解決過這個問題，所以我們讓學(xué)習(xí)者自己去操作完成后面的練習(xí)。

我們這節(jié)課的宏如下所示。

      RLE

      ID LASER DIODE BEAM CONVERTER    2434 MERIT    0.202029E-04

      LOG    2434

      WA1 .4030000

      WT1 1.00000

      APS    1

      AFOCAL XPXT

      EPUPIL UNITS MM

      OBG 0.0008644  1. 0.0003868

      0    AIR    

      1    CV    0.0000000000000    TH    9.14848864 AIR

      2    CV    0.0868899628935    TH    1.00000000

      2    GLM    1.60000000        50.00000000

      3    CV    0.1150730958709    TH    30.13218529 AIR

      3    TORIC    0.00000000        

      4    CV    0.0405917229030    TH    3.00000000

      4 N1 1.62117979

      4 GID 'GLM-NdVd    '

      4    PIN    2

      5 CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR

      5    USS 25

      CWAV    0.632800

      HIN    1.500000    55.000000

      RNORM    1.00000

      5 XDD 1    1.2488956E+00 -3.3430350E-02 -4.8801165E-05  2.3986731E-06 -6.1541865E-08

      5 XDD 2    5.6129758E-10  0.0000000E+00  0.0000000E+00 -5.9233478E+00 -4.6744410E-02

      5 XDD  3  -3.7078023E-05 -2.2003760E-06  3.6721484E-08 -4.9776438E-10 0.0000000E+00

      5 XDD 4    0.0000000E+00 -7.0629761E-02 -4.0279060E-05  5.1724603E-07 -6.0078137E-05

      5 XDD 5    1.4720853E-06 -1.2222347E-08  0.0000000E+00  0.0000000E+00 0.0000000E+00

      6 CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR

      7 CV    0.0000000000000    TH    0.00000000 AIR END