matlab激光扩束总结,zemax笔记14——激光扩束系统的设计
设计要求:
5倍的光束扩束镜,入射光孔径为5 mm,出射光孔径为25 mm。
系统系统越短越好,不应超过250 mm,为了方便装夹镜头前后各留出5 mm。
成像效果尽可能的好,扩束后波前差应小于1/5波长,最好小于1/10波长。
造价尽可能的低,尽量引用现有的镜头完成设计。
评价函数可以设置与实际情况相对应的测试方式,例如本例的扩束镜制造完成后会在干涉仪上进行测试,那么在设计的时候就应该使用 光程差或干涉图进行评价。
激光器所在波长为0.6328(He-Ne)。
结构选择
扩束镜主要有 开普勒型和伽利略型。伽利略型没有聚焦,总长更短,而且在高能激光系统中要避免聚集的出现,所以选用伽得略型。
为了降低成本我们选择容易制造或方便购买的镜头,如平凸透镜、胶合透镜。
本例使用平凸透镜,并且确保第一个镜头的第一面为曲面,因为平面会反射光路会原路返回对激光器造成伤害。
构建基本结构
基本设置 (general)
入瞳对应入射光设置为5 mm。此处应注意,因为我们设计的系统为无焦系统,所以要勾选 afocal image space 选项才能正确计算。
入瞳
实际制造中镜片应比通光孔径大一些。因此在 其他(Misc) -> 半孔径处设置为1 :
镜片余量
本系统是沿轴向使用的,所以视场只要0度,默认即可。
波长设置为0.6328。
插入两个镜头的4个面,输入材料,设置一些初始值,确保系统前后留有5 mm:
初始镜头设置
显示波前差图
analysis -> wavefront -> wavefront map (右健可更改显示类型)。
将曲率、镜头厚度及镜头间距离设为变量:
设置变量
设置评价函数
使用 均方根(RMS)、波前差(wavefront),高斯球积4环(rings)6臂(arms),设置玻璃、空气厚度限制:
评价函数设置
限制系统总长为250 mm(TTHI,OPLT),扩束为5倍,REAY操作数控制某面上某个位置的光线高度:
Paste_Image.png
Paste_Image.png
进行优化(optimization)
第一次优化
可以peak to valley =0.0763 waves,满足我们的设计要求,我们将第二个镜头也设计为平凸镜头,再次优化:
设置第二个透镜为平凸透镜
第二次优化
使用现有镜头或容易购买镜头替换原设计镜头
reports -> surface data 右键选择 surface 为 2 。
可以看到第一个镜头的孔径为7 mm,有效焦距为 -59.541 mm。
镜头1参数
tools -> catalog -> lens cotalogs 打开镜头库
供应商选择 CVI;
有效焦距选择-65 到 -55;
入瞳直径要比设计的还要大才能满足实际使用,设置为7.2 到 20;
其他选项勾选 曲面( spherical)、平面(plano)、单个透镜(singlet),点击search,找到一个合适透镜:
Paste_Image.png
点击insert,选择表面(2-镜头1)插入系统中,复制两镜头间距离,删除原镜头1:
插入镜头1
再次优化,成像质量变差,仍满足系统要求
同样在surface data 中查看第二个透镜的数据,并搜索替换:
替换第二个镜头
替换第二个镜头
再次优化,发现不满足要求 ,是因为插入的第二镜头反曲面放在了前面,此时在选择 tools -> miscellaneous -> reverse element 分别选中第二个镜头的表面4和5,确定进行调换:
调换镜头
再次优化,仍不满足要求,将优化函数中有效焦距改为300,再次优化,得到一接近设计设计要求的系统:
第三次优化
镜头数据
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