SYNOPSYS 光学设计软件课程十：近红外透镜案例
课程十：近红外透镜案例
我们将设计一个用于波长 1.06 到 1.97 微米范围内的近红外透镜。
设计红外透镜时的挑战是，寻找有用的光学材料且成本适宜。本课程的任务是重新设计现有透镜，用普通光学玻璃替换一些不需要的材料。参考案例 1.RLE，ID 为 MIT 1 TO 2UM LENS。您可以检查该透镜并检查其性能。将光扇图的比例设置为 0.01 mm。
该透镜有三个材料为 ZNS 的镜片和一个材料为 AS2S3 的镜片，共有四个镜片。我们希望尽可能避免使用这些材料。我们需要匹配的一阶属性如下（尺寸以 mm 为单位）：
• Entering beam radius 17.5
• Chief-ray angle 0.935 degrees
• Back focus distance 16.3
• Cell length 50
让我们从头开始，而不是尝试改变当前透镜中的材料，所有这些材料的折射率都大于 2.0。为此，我们将使用设计搜索程序。但首先我们必须做出判断：如果我们只是运行 DSEARCH 并让它找到模型玻璃，它就不会得到任何在 NIR 上产生重大影响的玻璃。（该模型代表了所有玻璃的平均值。）所以我们必须引导它。
打开玻璃库显示（MGT），选择 Guangming 列表，然后单击图表按钮并选择显示的选项。
数据现在不在屏幕上，因此单击显示并使用鼠标滚轮缩小，直到看到一组红点。然后用鼠标右键平移放大。单击 “Full Name” 按钮。你应该看到下面的显示。
记下圈出的四个玻璃名称：D-FK61，G-ZF52，H-ZH88 和 H-F51。那些肯定与其它的玻璃不同。我们将指示 DSEARCH 仅使用其中两个，然后使用全部四个进行全面的玻璃搜索。
这是我们的 SEARCH 输入：
CORE 16PROJDSEARCH 3 QUIET ! the best lens will show up in library location 3 (and also in PAD)SYSTEM ! system requirements followID NIR EXAMPLE ! lens identificationOBB 0 .935 17.5 ! specify the objectWAVL 1.97 1.53 1.06 ! and the wavelength rangeUNITS MMENDGOALS ! here we set the goalsELEMENTS 5 ! since glass has a lower index, we’ll ask for 5.FNUM 1.428BACK 16 .1TOTL 50 .1STOP FIRST ! there seems to be no reason to let the stop position varySTOP FIX ! so we put it in front and keep it thereNPASS 100ANNEAL 200 20RSTART 300 ! a useful starting radius,TSTART 1 ! and this thickness on each element to start withQUICK 60 90FOV 0 .5 1FWT 2 1 1GLASS POS ! positive elements will use this glass typeG D-FK61GLASS NEG ! and negative this type.G H-ZF88ENDSPECIAL ! here we give requirements that are not defaultsACM 3 .1 1 ! auto edge control (AEC) and center thickness control (ACC) are defaultsACA ! but we add to these ACM, so thicknesses do not get too thin, ACA,ASC ! so rays do not approach the critical angle, and ASC so surfaces do notEND ! get too close to the hemisphere point.GO ! this starts the process.PROJ
在不到一分钟的时间内，该过程生成了它找到的 10 种最佳初始结构的图片。
我们现在有一个非常好的 5 片式透镜，但它只有我们指定的两种玻璃材料。现在是时候进行更全面的搜索了。
查看 MACEARCH DSEARCH_OPT .MAC，DSEARCH 为我们构建了它，在新的编辑器窗口中打开。
PANTVLIST RD ALLVLIST TH ALLENDAANT PAECACCGSR 0.000000 2.000000 4 M 0.000000GNR 0.000000 1.000000 4 M 0.500000GNR 0.000000 1.000000 4 M 1.000000M 0.160000E+02 0.100000E+00 A BACKM 0.500000E+02 0.100000E+00 A TOTLACM 3 .1 1 ! AUTO EDGE CONTROL (AEC) AND CENTER THICKNESS CONTROL (ACC) ARE DEFAULTSACA ! BUT WE ADD TO THESE ACM, SO THICKNESSES DO NOT GET TOO THIN, ACA,ASC ! SO RAYS DO NOT APPROACH THE CRITICAL ANGLE, AND ASC SO SURFACES DO NOT ENDSNAP/DAMP 1SYNOPSYS 10
保存此 MACro，保存名称为 NIR_OPT.MAC。这是我们执行 GSEARCH 时将反复运行的优化 MACro，它将决定哪些玻璃应该放在哪些元件上。
现在创建一个新的 MACro（输入 AEE 以打开一个新编辑器，并在下面输入数据）
CORE 16GSEARCH 3 QUIET LOGSURF1 3 5 7 9ENDOFILE 'NIR_OPT.MAC'NAMESG G-ZF52G D-FK61G H-ZF88G H-F51ENDUSE 2GO
透镜进一步改善。到目前为止，透镜只有超过 0.2 波长的像差
看起来我们得到一个解决方案！几乎没有初级或二级色差。我们成功地用普通玻璃替换了不需要的材料，同时性能也比原来好得多。
任务完成！这是最终透镜的 SPEC 列表：
SYNOPSYS>SPEID NIR EXAMPLEID1 DSEARCH CASE WAS 0000000000000000000010110 22LENS SPECIFICATIONS:SYSTEM SPECIFICATIONSOBJECT DISTANCE (TH0) INFINITE FOCAL LENGTH (FOCL) 49.9800OBJECT HEIGHT (YPP0) INFINITE PARAXIAL FOCAL POINT 15.9992MARG RAY HEIGHT (YMP1) 17.5000 IMAGE DISTANCE (BACK) 15.9992MARG RAY ANGLE (UMP0) 0.0000 CELL LENGTH (TOTL) 50.0025CHIEF RAY HEIGHT (YPP1) 0.0000 F/NUMBER (FNUM) 1.4280CHIEF RAY ANGLE (UPP0) 0.9350 GAUSSIAN IMAGE HT(GIHT) 0.8157ENTR PUPIL SEMI-APERTURE 17.5000 EXIT PUPIL SEMI-APERTURE 24.7688ENTR PUPIL LOCATION 0.0000 EXIT PUPIL LOCATION -54.7406WAVL (uM) 1.970000 1.530000 1.060000WEIGHTS 1.000000 1.000000 1.000000COLOR ORDER 2 1 3UNITS MMAPERTURE STOP SURFACE (APS) 1 SEMI-APERTURE 17.53054FOCAL MODE ONMAGNIFICATION -4.99800E-11POLARIZATION AND COATINGS ARE IGNORED.SURFACE DATASURF RADIUS THICKNESS MEDIUM INDEX V-NUMBER0 INFINITE INFINITE AIR1 83.04964 4.55863 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN2 -90.13577 1.76097 AIR3 -61.20988 2.89016 H-ZF88 1.87811 26.89 GUANGMIN4 -136.80545 1.00000 AIR5 26.01458 5.71573 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN6 83.59388 25.92496 AIR7 24.21580 2.91205 D-FK61 1.48647 78.02 GUANGMIN8 117.43058 2.36412 AIR9 -24.23661 2.87587 H-F51 1.60755 25.46 GUANGMIN10 -40.27187S 15.99923S AIRIMG INFINITEKEY TO SYMBOLSA SURFACE HAS TILTS AND DECENTERS B TAG ON SURFACEG SURFACE IS IN GLOBAL COORDINATES L SURFACE IS IN LOCAL COORDINATESO SPECIAL SURFACE TYPE P ITEM IS SUBJECT TO PICKUPS ITEM IS SUBJECT TO SOLVE M SURFACE HAS MELT INDEX DATAT ITEM IS TARGET OF A PICKUPTHIS LENS HAS NO SPECIAL SURFACE TYPES THIS LENS HAS NO TILTS OR DECENTERS SYNOPSYS>
如果这些透镜机械方面也是合适，问题就解决了。
1.97微米的透射率是多少？输入FIND TRANS IN COLOR 1.它返回98.18％。（此处膜层被忽略，因为透镜未处于偏振模式。）结果非常好！
但如果返回值太低怎么办？我们回到玻璃库并显示1.97微米的吸收 - 并选择具有较短数据条的玻璃。毕竟，透镜设计完全取决于平衡，这些工具是最好的工具。
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