在第11課中，您了解了如何使用普通球面透鏡設(shè)計(jì)激光擴(kuò)束器，并了解到需要多個(gè)透鏡元件才能獲得良好的性能。 第12課采用相同的設(shè)計(jì)，使用兩個(gè)非球面元件，效果極佳。 本課程將證明您可以使用DOE（衍射光學(xué)元件）。
目標(biāo)是將腰半徑為0.35mm的HeNe激光器轉(zhuǎn)換成直徑為10mm且均勻至10％以內(nèi)的光束。
這是我們初始的輸入文件：
RLE ! Beginning of lens input file. 。
ID KINOFORM BEAM SHAPER
WA1 .6328 ! Single wavelength
UNI MM ! Lens is in millimeters
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point.
1 TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist .
2 RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog
SF6
3 TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE)
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelengt
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index.
RNORM 1
4 TH 2 GTB S
SF6
4 USS 16
CWAV .6328
HIN 1.7988 55
RNORM 1
! The first side of the second element is also a DOE
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface
7 ! Surfaces 6 and 7 exist
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output.
END ! End of lens input file.
我們給第2個(gè)表面指定了一個(gè)合理RD值。 這是現(xiàn)階段還沒(méi)有DOE的非球面系數(shù)的系統(tǒng)：
光束被擴(kuò)展但沒(méi)有準(zhǔn)直，并且強(qiáng)度分布仍然是高斯輸入光束的強(qiáng)度分布。 任務(wù)是找到能夠?qū)崿F(xiàn)我們兩個(gè)目標(biāo)的DOE OPD目標(biāo)。 首先，讓我們將第二個(gè)透鏡的兩邊保持為平面。 這是優(yōu)化MACro：
PANT ! Start of variable parameter definitions.
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY
2 RAD
VLIST TH 3 ! Vary the airspace
VY 3 G 26 ! Vary term Y**2,
VY 3 G 27 ! Y**4,
VY 3 G 28 ! and Y**6
VY 4 G 26 ! Do the same at surface 4
VY 4 G 27
VY 4 G 28
END
AANT ! Start of merit function definition
AEC
ACC
LUL 150 1 1 A TOTL ! Prevent the system from growing too large
M 5 1 A P YA 0 0 1 0 5 ! Ask for a beam radius of 5 mm on surface 5
M 0 1 A P FLUX 0 0 1 0 6 ! Ask for a flux falloff of zero at several zones
M 0 1 A P FLUX 0 0 .98 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .97 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .96 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .95 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .94 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .93 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .92 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .91 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .85 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .8 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .7 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .5 0 6
M 0 1 A P FLUX 0 0 .3 0 6
GSO 0 .1 10 P ! Control the output ray OPD over an SFAN of 10 rays,
GSR 0 100 10 P ! and some transverse aberrations too.
END ! End of merit function definition.
SNAP
SYNO 40
這個(gè)PANT文件改變了一些通用的G變量，我們?cè)谏弦徽n中使用它來(lái)改變鏡頭元件上的一些非球面系數(shù)項(xiàng)。 但在這種情況下，表面已經(jīng)被定義為USS類型16，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的DOE表面，因此這些選項(xiàng)改變了定義該形狀的系數(shù)。 （鍵入HELP USS以了解您可用的形狀以及G系數(shù)如何應(yīng)用于它們。）
我們運(yùn)行這個(gè)宏，鏡頭看起來(lái)很有希望。 所以我們?cè)俅芜\(yùn)行它然后模擬退火幾個(gè)周期。
結(jié)果變得更好了。 我們嘗試改變一些高階系數(shù)。 我們?cè)趦蓚�(gè)DOE上添加新系數(shù)，最高為G 31，即Y ** 12系數(shù)。 重新優(yōu)化后，鏡頭看起來(lái)大致相同，但評(píng)價(jià)函數(shù)下降到3.13E-7。 看起來(lái)結(jié)果收斂了！
光通量如何隨孔徑變化？ 我們輸入命令
FLUX 100 P 6
并得到一條美麗的曲線，幾乎是直的，顯示在左下方。
這確實(shí)是一個(gè)很好的設(shè)計(jì)。 現(xiàn)在的問(wèn)題是，可以被加工嗎？ 表面4的空間頻率是多少？ 如果它太高，制造技術(shù)可能會(huì)遇到麻煩。 我們打開(kāi)MMA對(duì)話框以選擇MAP命令的輸入。 我們選擇一個(gè)HSFREQ over PUPIL的圖，對(duì)象為POINT 0，而raygrid CREC的網(wǎng)格為7，DIGITAL輸出和PLOT。 結(jié)果顯示在鏡片邊緣右側(cè)，下方的頻率為99.43 c / mm。
10微米/周期，這是可以制作的，但不容易被加工。 我們可以減少到50 c / mm嗎？ 我們將變量5 RAD添加到變量列表中，并為AANT文件添加新的像差：
M 50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4
程序現(xiàn)在控制表面4上的頻率。我們重新優(yōu)化，現(xiàn)在表面5略微凸起，4上的空間頻率正好在50 c / mm。 光通量均勻性與以前一樣好。 任務(wù)完成！
我們做得怎么樣？ 在光束重構(gòu)之前，運(yùn)行DPROP命令，檢查曲面3處的輪廓。 這顯示了該點(diǎn)處光束的高斯分布。
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE
現(xiàn)在在表面上6做同樣的事情。
DPROP P 0 0 6 SURF 3 L RESAMPLE
下面是生成的系統(tǒng)的RLE文件，如果評(píng)估它，可以將其復(fù)制并粘貼到編輯器中：
RLE
ID KINOFORM BEAM SHAPER
FNAME 'L13L1.RLE '
MERIT 0.270980E-05
WA1 .6328000
WT1 1.00000
APS 1
AFOCAL
UNITS MM
OBG 0.35000000 1.0000000
0 AIR
1 CV 0.0000000000000 TH 22.00000000 AIR
2 RAD -0.8227781050995 TH 2.00000000
2 N1 1.79881710
2 CTE 0.810000E-05
2 GTB S 'SF6 '
3 CV 0.0000000000000 TH 74.00214849 AIR
3 USS 16
CWAV 0.632800
HIN 1.798800 55.000000
RNORM 1.00000
3 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00
3 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00
3 XDD 3 2.6875641E+02 5.7065730E+01 -4.1566734E+01 2.8677115E+01 -1.6241740E+01
3 XDD 4 4.7211923E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00
4 CV 0.0000000000000 TH 2.00000000
4 N1 1.79881710
4 CTE 0.810000E-05
4 GTB S 'SF6 '
4 USS 16
CWAV 0.632800
HIN 1.798800 55.000000
RNORM 1.00000
4 XDD 1 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00
4 XDD 2 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00
4 XDD 3 5.6803879E+00 -9.1936550E-03 6.0997390E-04 -5.7203063E-05 2.2090382E-06
4 XDD 4 -3.5824860E-08 0.0000000E+00 0.0000000E+00 0.0000000E+00
5 RAD -159.6274584523634 TH 50.00000000 AIR
6 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR
7 CV 0.0000000000000 TH 0.00000000 AIR END
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