SYNOPSYS 光学设计软件课程十一：球形激光光束整形器

激光器的输出具有非均匀的高斯强度分布，并且对于某些应用，人们希望使其均匀分布。这是激光束整形器的工作需求。

处理办法：

这项工作可以通过多种方式完成。对于具有球面的简单透镜，它需要以重新分布光的方式平衡大量的球差，降低光束中心处的能量密度，同时在边缘附近增加光束。使用非球面表面更容易，其中人们可以更好地控制要引入的像差量，如果使用衍射光学元件，则更容易控制。问题是后者比球面镜片贵得多，所以我们要明白我们想要一个什么样的结果。

考虑到这一点，我们将尝试一种全部使用球面透镜的方法，以确定我们可以制作光束的均匀程度以及我们需要多少元件。让我们从一个非常简单的结构开始。

点击打开宏按钮，打开 C15M1.MAC，点击 Run 按钮

RLE              !镜头输入文件的开始.ID LASER BEAM SHAPERWA1 .6328        ! 单波长UNI MM          ! 镜头的单位是毫米OBG .35 2        ! 高斯物体；腰部半径-.35毫米；定义全孔径为1/e**2点的两倍。1 TH 22            ! 表面2离腰部有22毫米.2 RD -5 TH 2 GTB S  ! 猜测一些合理的镜头参数；使用肖特目录中的SF6型玻璃SF63 UMC 0.3 YMT 5     ! 求解表面3的曲率，使边缘射线的角度为0.3             ! 找到间距，使光线高度在下一个表面上为5毫米4 RD 20 TH 4 PIN 2  ! 对表面4的猜测5 UMC 0 TH 50     ! 解决5的曲率问题，以便光束被准直7             ! 表面6和表面7存在AFOCAL           ! 因为它们是AFOCAL输出所需要的.END             ! 镜头输入文件的结束.

检查能量密度如何从孔径的中心下降到边缘，点击透镜数据+视图透镜系统实用工具或在 Command Window 中输入  FLUX 100 P 3

点击打开宏按钮，打开 C15M2.MAC，点击 Open，点击运行按钮

 DD: DO MACRO FOR AIP = -1 TO 1COMPOSITE          ! 准备好一个复合定义.CD1 P FLUX 0 0 AIP 0 3  ! 综合数据编号1是AIP相对Y坐标处的通量。! (后面定义）在表面3= CD1Z1 = FILE 1= 1 + Z1ORD = FILE 1

在 Command Window 中输入如下命令 STEPS = 100

在命令窗口中输入 DD

方法二是FLUX像差

点击工作表镜头编辑按钮，点击插入元件按钮

在表面 5 的右侧添加两个元件，点击检查点按钮

点击打开宏按钮，打开 C15M3.MAC，点击 Open，点击 Run 按钮您的结果可能会有所不同，因为您点击插入元件的确切位置是随机的

为了确定情况是否有所改善，我们需要再次评估光通量均匀性在 Command Window 中输入 FLUX 100 P 10，光通量没有改善

在工作表中，在表面框中输入数字 0，然后单击“更新”

该光源目前定义为 OBG 0.35 2.000000，意思是高斯物，束腰半径 0.35 mm，孔径在两倍 1/e2 点，将其更改为 OBG .35 1 并单击“更新”

点击 Run 按钮，再次运行 C15M3.MAC，点击，模拟退火(22, 1, 50)

在命令窗口中输入 FLUX 100 P 10，现在光通量稍好一些，但仍然不够均匀。

在保持光线角度控制的同时使强度分布变均匀并不容易。这是四个元件所能达到的一个比较好的结果。

再添加两个透镜：

点击工作表镜头编辑按钮，点击插入元件按钮，在表面 9 的右侧添加两个元件

点击打开宏按钮，打开 C15M4.MAC,点击运行按钮点击，模拟退火(22,1,50)

在命令窗口输入 FLUX 100 P 14

光通量完全在 10% 的均匀度的目标范围内，可以使用全球面透镜完成激光整形器，但需要六片透镜

点击像质分析足迹图或在 Command Window 中输入 MFP 关闭开关 27，选择表面 13，比例因子 10，600 条光线

光线更多地在中心附近散开，在边缘附近压缩，这正是使光束更均匀的正确方法。

方法三是 DPROP 衍射传播特性

新建宏，输入如下命令：

CHGCFIX1 TH 0ENDDPROP P 0 0 13 SURF 3 R RESAMPLE