介紹

小透鏡陣列可應用在很多方面，其中包含光束均勻化。本文演示了一個用于在探測器上創(chuàng)建均勻的非相干照度的成像微透鏡陣列的設計。輸入光束具有高斯輪廓，半寬度等于微透鏡陣列大小，并且顯示了其功率輪廓被微透鏡陣列消除掉。

系統(tǒng)輸出

簡單示例系統(tǒng)由單色光源組成，空間高斯切趾功率（1/e2=5mm）和0.6度半發(fā)散角，兩個相同的33*33透鏡陣列（10mm孔徑），微透鏡焦距4.80mm和單個微結構0.3mm，成像透鏡焦距100mm及位于成像透鏡的后焦平面位置的一個探測器平面。

成像結構如下所示，fLA1 < a12 < fLA1 + fLA2。在探測器平面上照明區(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，對于指定的微透鏡陣列和成像透鏡，結構如下給出：

DFT=6.07mm

θ≈4.4º

微透鏡構建

微透鏡的結構包括一個輸入平面，陣列式的基面和接近于微透鏡陣列裁剪體的外邊緣表面。這些組件如下所示：

可以采取以下步驟來創(chuàng)建微透鏡陣列的幾何結構。

1. 創(chuàng)建一個組件來控制微透鏡陣列的組件（Menu > Create > New Subassembly）。

2. 創(chuàng)建一個半寬度對應陣列微透鏡的輸入平面。在這個例子中，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原始構造用于定義平面（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。創(chuàng)建一個半寬度對應排列微透鏡的輸入平面。在這個例子中，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元件的初始結構使用平面（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。

3. 創(chuàng)建一個包含基面的自定義元件節(jié)點（Menu>Create>New Custom Element）。這個自定義元件節(jié)點將陣列形成微透鏡出射面。

a. 在步驟3中，創(chuàng)建一個新的表面作為自定義元件的子元件（Menu>Create>New Surface）。在這種情況下，表面類型：conic=1， R=-2.2。表面的孔徑選項上，調(diào)整外邊界X和Y的尺寸設置為陣列間距（0.15mm）的一半。Z-長度應該減小到包含表面的最小尺寸（提示：使用腳本語言的Sag函數(shù)來找到半孔徑必須的Z-長度)。

b. 整列步驟3中創(chuàng)建的自定義元件的基表（鼠標右鍵點擊自定義元件節(jié)點并選擇“Edit/View Array Parameters”）。在這個例子中，在X和Y方向上定義的陣列間距等于在每個方向上的微透鏡間距。對于33x33微透鏡陣列，在每個方向上的最小和最大元胞值設置為-16到+16。

4. 添加另一個自定義元件到組件節(jié)點，它包含邊緣面，可以由擠壓一個沿z軸的封閉曲線組成。

a. 將曲線添加到自定義元件節(jié)點（Menu>Create >New Curve），并將其類型設置為“Segmented”。在電子數(shù)據(jù)表格區(qū)域右擊鼠標并選擇“Generate Points”來打開一個可以用于快速指定一個封閉的分段曲線的實用工具。在這個例子中,孔徑的形狀是半孔徑為4.95mm的方形。在分段曲線生成對話框中我們可以選擇以下設置：

i. # points around generating curve = 4

ii. X semi-width = Y semi-width = 4.95

iii. Orientation = Top edge parallel to X axis

iv. Type = circumscribe

b. 添加表面到自定義元件，并將其類型設置為“Tabulated Cylinder”。準線曲線應該是來自4a的封閉曲線，并且其Z方向應該設置為微透鏡陣列（Z=1.2）的厚度。表面對話框的孔徑選項上設置其x和y裁剪體外邊界略大于微透鏡陣列的孔徑（例如4.96）。z裁剪體應該足夠大，以包含擠壓表面。

仿真結果

系統(tǒng)布局原理圖中所示的三種光束可以在FRED附加示例文件中進行模擬，通過使用鼠標右鍵單擊菜單選項的切換光源“InputSource 1”，“InputSource 2”和“InputSource 3”可追跡。光源“FullAperture”設置為不可追跡。光線追跡的結果如下所示。

當光源“FullAperture”可追跡時，其照射輪廓是5mm半寬度的高斯形，如下所示。

在探測平面上的最終分布如下所示：

在光照平面上的強度輪廓如下所示。