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[分享]矩形微透鏡陣列 [復制鏈接]

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只看樓主倒序閱讀樓主發(fā)表于: 2020-12-22

介紹

微透鏡陣列可用于包含光束均勻化在內的各種應用中。這個知識庫文件演示了如何構建一個成像微透鏡陣列以在探測器上生成一致的非相干照明光場。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提供的主題技術備忘，可以在此處http://www.suss-microoptics.com/products-solutions/beam_homogenizing.html找到。我們鼓勵讀者去學習他們的文件以及目錄以獲得更多的信息。

系統(tǒng)布局

這個簡單示例系統(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，以及一個焦距為100mm成像透鏡及一個位于成像透鏡的后焦平面位置的一個探測器平面組成。

成像結構如下所示，

。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，結構應如下：

DFT=6.07mm
θ≈4.4o

構建微透鏡

微透鏡的結構由一個輸入平面，一個將會被陣列的基面和一個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創(chuàng)建微透鏡陣列的幾何結構。
1. 創(chuàng)建一個組件來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)建一個半寬度對應陣列微透鏡的輸入平面。在這個例子中，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的元件基元被用于定義這個平面（菜單>創(chuàng)建>新的元件基元>平面）（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。
3. 創(chuàng)建一個包含基面的自定義元件節(jié)點（菜單>創(chuàng)建>新的自定義元件）（Menu>Create>New Custom Element）。這個自定義元件節(jié)點將被陣列化以形成微透鏡出射面。
a. 在步驟3中，創(chuàng)建一個新的表面作為自定義元件節(jié)點的子元件（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。在表面的孔徑選項上，將外部邊界修剪體積（trimming volume） X和Y的尺寸設置為陣列節(jié)距（0.15mm）的一半。Z-深度（Z-depth）方向的最小尺寸應該能夠包含這個表面（提示：使用腳本語言的Sag函數(shù)來找到必須的半孔徑Z-深度)。
b. 陣列化步驟3中創(chuàng)建的自定義元件的基面（鼠標右鍵點擊自定義元件節(jié)點并選擇“編輯/預覽陣列化參數(shù)”（“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節(jié)距。對于33x33微透鏡陣列，在每個方向上的最小和最大的單元值設置為-16到+16。
4. 添加另一個自定義元件到組件節(jié)點，其包含通過擠壓一個沿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（菜單>創(chuàng)建>新的曲線）（Menu>Create >New Curve），并將其類型設置為“分段的” （”Segmented”）。右擊鼠標點擊電子數(shù)據(jù)表格區(qū)域的點參數(shù)并選擇“生成點”（” 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.#生成曲線周圍的點=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. 添加一個表面到自定義元件，并將其類型設置為“列表柱面”(“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）應該足夠大，以包含擠壓表面。

仿真結果
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”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”）設置為不可追跡。光線追跡的結果如下所示。


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