微透鏡陣列可用于包含光束均勻化在內(nèi)的各種應(yīng)用中。這個(gè)知識(shí)庫(kù)文件演示了如何構(gòu)建一個(gè)成像微透鏡陣列以在探測(cè)器上生成一致的非相干照明光場(chǎng)。輸入的高斯光束的半寬等于微透鏡陣列的尺寸，并且可以看出其功率輪廓被微透鏡陣列消除掉。

案例文件和討論附隨著由Suss Mirco-optics提供的主題技術(shù)備忘，可以在此處http://www.suss-microoptics.com/products-solutions/beam_homogenizing.html找到。我們鼓勵(lì)讀者去學(xué)習(xí)他們的文件以及目錄以獲得更多的信息。

系統(tǒng)布局

這個(gè)簡(jiǎn)單示例系統(tǒng)由空間高斯切趾功率（1/e2=5mm）和0.6度半發(fā)散角的輸入光束，兩個(gè)相同的33x33透鏡陣列（10mm孔徑），微透鏡焦距為4.80mm且節(jié)距（pitch）為0.3mm，以及一個(gè)焦距為100mm成像透鏡及一個(gè)位于成像透鏡的后焦平面位置的一個(gè)探測(cè)器平面組成。

成像結(jié)構(gòu)如下所示，。在探測(cè)器平面上照明區(qū)域的直徑由下式給出：

照明平面上的半發(fā)散角度由下式給出：

在FRED文件給出的例子中，對(duì)于指定的微透鏡陣列和成像透鏡，結(jié)構(gòu)應(yīng)如下：

DFT=6.07mm

θ≈4.4º

構(gòu)建微透鏡

微透鏡的結(jié)構(gòu)由一個(gè)輸入平面，一個(gè)將會(huì)被陣列的基面和一個(gè)約束透鏡陣列體積的外部邊緣表面組成。這些部分如下所示：

可以采取以下步驟來(lái)創(chuàng)建微透鏡陣列的幾何結(jié)構(gòu)。

1. 創(chuàng)建一個(gè)組件來(lái)放置微透鏡陣列元件（菜單>創(chuàng)建>新的組件）（Menu > Create > New Subassembly）。

2. 創(chuàng)建一個(gè)半寬度對(duì)應(yīng)陣列微透鏡的輸入平面。在這個(gè)例子中，微透鏡節(jié)距（pitch）是0.3毫米，微透鏡的數(shù)量是33x33，所以平面半寬度是16 *0.3+0.15=4.95mm。FRED原始構(gòu)造用于定義平面（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。創(chuàng)建一個(gè)半寬度對(duì)應(yīng)排列微透鏡的輸入平面。在這個(gè)例子中，微透鏡間距是0.3毫米，微透鏡的數(shù)量是33x33，所以平面半寬度是16 *0.3+0.15=4.95mm。FRED的元件基元被用于定義這個(gè)平面（菜單>創(chuàng)建>新的元件基元>平面）（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。

3. 創(chuàng)建一個(gè)包含基面的自定義元件節(jié)點(diǎn)（菜單>創(chuàng)建>新的自定義元件）（Menu>Create>New Custom Element）。這個(gè)自定義元件節(jié)點(diǎn)將被陣列化以形成微透鏡出射面。

a. 在步驟3中，創(chuàng)建一個(gè)新的表面作為自定義元件節(jié)點(diǎn)的子元件（菜單>創(chuàng)建>新的表面）（Menu>Create>New Surface）。在這種情況下，表面參數(shù)如下：conic=1， R=-2.2。在表面的孔徑選項(xiàng)上，將外部邊界修剪體積（trimming volume） X和Y的尺寸設(shè)置為陣列節(jié)距（0.15mm）的一半。Z-深度（Z-depth）方向的最小尺寸應(yīng)該能夠包含這個(gè)表面（提示：使用腳本語(yǔ)言的Sag函數(shù)來(lái)找到必須的半孔徑Z-深度)。

b. 陣列化步驟3中創(chuàng)建的自定義元件的基面（鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊自定義元件節(jié)點(diǎn)并選擇“編輯/預(yù)覽陣列化參數(shù)”（“Edit/View Array Parameters”））。在這個(gè)例子中，在X和Y方向上定義的陣列間距等于在每個(gè)方向上的微透鏡節(jié)距。對(duì)于33x33微透鏡陣列，在每個(gè)方向上的最小和最大的單元值設(shè)置為-16到+16。

4. 添加另一個(gè)自定義元件到組件節(jié)點(diǎn)，其包含通過(guò)擠壓一個(gè)沿Z軸的封閉曲線創(chuàng)建的邊緣表面。

a. 將曲線添加到自定義元件節(jié)點(diǎn)（菜單>創(chuàng)建>新的曲線）（Menu>Create >New Curve），并將其類型設(shè)置為“分段的” （”Segmented”）。右擊鼠標(biāo)點(diǎn)擊電子數(shù)據(jù)表格區(qū)域的點(diǎn)參數(shù)并選擇“生成點(diǎn)”（” Generate Points”）來(lái)打開(kāi)一個(gè)可以用于快速指定一個(gè)封閉的分段曲線的實(shí)用工具。在這個(gè)例子中，孔徑的形狀是半孔徑為4.95mm的方形。在分段曲線生成對(duì)話框中我們可以選擇以下設(shè)置：

i.#生成曲線周圍的點(diǎn)=4( points around generating curve = 4 )

ii.X半寬=Y半寬=4.95(X semi-width = Y semi-width = 4.95 )

iii.方向=頂部邊緣平行于X軸(Orientation = Top edge parallel to X axis )

iv.類型=外切(Type = circumscribe )

b. 添加一個(gè)表面到自定義元件，并將其類型設(shè)置為“列表柱面”(“Tabulated Cylinder”)。準(zhǔn)線曲線應(yīng)該是來(lái)自4a的封閉曲線，并且其Z方向應(yīng)該設(shè)置為微透鏡陣列（Z=1.2）的厚度。表面對(duì)話框的孔徑選項(xiàng)上設(shè)置其x和y的修剪體積（trimming volume）外邊界略大于微透鏡陣列的孔徑（例如4.96）。z的修剪體積（trimming volume）應(yīng)該足夠大，以包含擠壓表面。

仿真結(jié)果

通過(guò)使用鼠標(biāo)右鍵單擊菜單選項(xiàng)的切換光源“InputSource 1”，“InputSource 2”和“InputSource 3”為可追跡，即可模擬附加文件中的FRED案例文件中系統(tǒng)布局原理圖中所示的三種光束。光源“全孔徑”（” FullAperture”）設(shè)置為不可追跡。光線追跡的結(jié)果如下所示。

當(dāng)光源“全孔徑”（” FullAperture”）可追跡時(shí)，其照度輪廓是5mm半寬度的高斯形，如下所示。

在探測(cè)平面上的最終分布如下所示：

在光照平面上的強(qiáng)度輪廓如下所示。