SYNOPSYS 光学设计软件课程十二：非球面激光光束整形器
光学设计中最强最快优化算法
在第11课中，您了解了如何使用普通球面透镜设计激光扩束器，并了解到需要多个透镜元件才能获得良好的性能。 第12课采用相同的设计，只有两个非球面元素，效果极佳。 本课程将证明您可以使用DOE（也称为开诺美镜片）。
问题是将腰半径为0.35mm的HeNe激光器转换成直径为10mm且均匀至10％以内的光束
这是我们起点的输入文件：
RLE ! Beginning of lens input file. 镜头输入文件的开头。
ID KINOFORM BEAM SHAPER
WA1 .6328 ! Single wavelength单波长
UNI MM ! Lens is in millimeters镜头以毫米为单位
OBG .35 1 ! Gaussian object; waist radius -.35 mm; define full aperture = 1/e**2 point. 高斯光源; 腰围半径-355毫米; 定义全孔径= 1 / e ** 2点。
1TH 22 ! Surface 2 is 22 mm from the waist . 表面2距离腰部22毫米
2RD -2 TH 2 GTB S ! Guess some reasonable lens parameters; use glass type SF6 from Schott catalog猜一些合理的镜头参数; 使用Schott目录中的SF6玻璃
SF6
3TH 20 ! Surface 3 is a kinoform on side 2 of the first element表面3是第一元素的第2侧上的开诺全息图
3 USS 16 ! Defined as Unusual Surface Shape 16 (simple DOE) 定义为异常表面形状16（简单DOE）
CWAV .6328 ! Zones are defined as one wave phase change at this wavelength区域定义为该波长处的一个波相变
HIN 1.7988 55 ! Assume the zones are machined into the lens. You can also apply ! a film of a different index. 假设区域被加工到镜头中。 你也可以申请！ 不同的折射率的膜。
RNORM 1
4 TH 2 GTB S ! The first side of the second element is also a DOE
SF6 第二个元素的第一面也是DOE
4 USS 16
CWAV .6328
HIN 1.7988 55
RNORM 1
5 CV 0 TH 50 ! Start with a flat surface从平坦的表面开始
7 ! Surfaces 6 and 7 exist存在表面6和7
AFOCAL ! because they are required for AFOCAL output. 因为它们是AFOCAL输出所必需的
END ! End of lens input file. 镜头输入文件结束
我们猜到了RD编号2的值，我们已经足够接近开始情况了。 这是现阶段的系统，还没有非球面DOE术语：
光束被扩展但没有准直，并且强度分布仍然是高斯输入光束的强度分布。 任务是找到能够实现我们两个目标的DOE OPD目标。 首先，让我们将第二个透镜的两边保持平坦。 这是我们认为可以完成工作的优化MACro：
PANT ! Start of variable parameter definitions. 启动变量参数定义
RDR .001 ! This is a very small beam, so use smaller derivative increments to start with VY这是一个非常小的光束，因此使用较小的微分增量以VY开始
这个PANT文件改变了一些通用的G变量，我们在上一课中使用它来改变镜头元素上的一些非球面项。 但在这种情况下，表面已经被定义为USS类型16，这是一个简单的DOE表面，因此这些选项改变了定义该形状的系数。 （键入HELP USS以了解您可用的形状以及G术语如何应用于它们。）
我们运行这个，镜头看起来很有希望。 所以我们再次运行它然后退火几个周期。
一点也不差。 我们尝试改变一些高阶系数。 我们在两个DOE上添加新选项，最高为G 31，即Y ** 12术语。 重新优化后，镜头看起来大致相同，但评价函数功能下降到3.13E-7。 看起来运行收敛了！
现在光通量如何随孔径变化？ 我们输入命令：
FLUX 100 P 6
并得到一条美丽的曲线，几乎是直的，显示在左下方。
这确实是一个很好的设计。 现在的问题是，有人可以做到吗？ 表面4的空间频率是多少？ 如果它太高，制造技术可能会遇到麻烦。 我们打开MMA对话框以选择MAP命令的输入。 我们选择一个HSFREQ over PUPIL的图，对象为POINT 0，而raygrid CREC的网格为7，DIGITAL输出和PLOT。 结果显示在镜片边缘，右侧，下方的频率为99.43 c / mm。
这可以达到10微米/周期，这是可能的但不容易。 我们可以减少到50 c / mm吗？ 我们将变量5 RAD添加到变量列表中，并为AANT文件添加新的像差：
M50 .01 A P HSFREQ 0 0 1 0 4
我们做得怎么样？ 在光束重构之前，运行DPROP命令，询问曲面3处的轮廓。 这显示了该点处光束的高斯分布。
DPROP P 0 0 3 SURF 3 L RESAMPLE
现在我们在表面上做同样的事情6.基本上完美！
下面是生成的系统的RLE文件，如果您想自己评估它，可以将其**并粘贴到编辑器中：
