ZEMAX软件在取样光栅对设计中的应用

ZEMAX软件在取样光栅对设计中的应用

摘要

光束取样光栅(BSG)是一种重要的用于光束取样诊断的衍射光学元件。以2块取样光栅代替单块光栅作为初始光学结构,运用Zemax光学设计软件采用分步优化的方法设计了具有消像差功能的光栅对结构,此方法比采用Matlab语言编程计算的方法消像差更快捷、更灵活,同时可以验证程序计算结果的正确性。设计结果显示:再现的会聚光经2块光栅衍射后在像平面上点列图中的均方根半径仅为0.506μm,单块取样光栅的均方根半径则为7.284μm,说明2块光栅能够做到像差互相矫正,其像质明显好于单块取样光栅。另外,设计出的双光栅光学系统,可进行远场光斑质量检测,为激光束性能的在线诊断提供了行之有效的技术支持。


关键词: 取样光栅;光学设计;分步优化;消像差


引言

取样光栅是一种相位型的变周期光栅,可以看成离轴的全息波带篇,这种光栅结构以-1级衍射光束作为取样光束,其衍射效率由光栅的深度和占宽比决定。取样光栅一般用全息记录方式制作,记录波长和取样波长不一致会造成衍射光像差大,不宜诊断远场光斑质量。若是双光栅结构,由于多出2个记录点的4个位置坐标变量,可以大大提高消像差的效果。


光栅记录点位置可以通过计算机编程求解光栅方程得到。而编程计算有时过于费时、繁琐,本文采用ZEMAX光学设计软件及其宏编程语言设计此双取样光栅结构,通过合理设计两光栅的相对位置和偏转角度,优化光栅记录点坐标使得像差最小。设计结果表明,此结构能够满足实际使用需求,为光栅设计提供了一种新的方法。


1光学结构设计

初始结构的选取对于采用ZEMAX光学设计软件进行设计是非常重要的一步。依据BSG的使用条件,如光束取样角度、聚焦距离等确定双光栅系统结构如图1所示。光学结构相关参数(取样角度、聚焦距离)的设定需考虑到后期像差的可矫正性。我们的目的是在此光学结构基础上优化记录参数,进行消像差。


ZEMAX软件在取样光栅对设计中的应用

图1 光程函数原理图


图中f1、f2分别为2光栅的取样距离。


1.1 设计原理与步骤

取样光栅作为离轴相位型菲涅尔波带片,其聚焦距离、衍射角度等以光栅方程

ZEMAX软件在取样光栅对设计中的应用

为依据,由2个记录点的坐标变量(x0,y0,z0)和(xR,yR,zR)确定形成具有特定形貌的光栅槽型,在一定再现条件下实现光束采样。同时这2个记录点坐标变量的选取是与使用条件相关的。

......


ZEMAX软件在取样光栅对设计中的应用

ZEMAX软件在取样光栅对设计中的应用

ZEMAX软件在取样光栅对设计中的应用

ZEMAX软件在取样光栅对设计中的应用


3结果评价

展现的会聚光经2块光栅衍射后在像平面上的点列图如图6所示。从图中可以得知均方根半径为0.506μm,此像质较上述单块取样光栅像质(均方根半径7.284μm)要好得多,说明2块光栅能够做到像质互相矫正。另外作为对比,如果均以100cm作为初始结构数据进行优化,优化结构如图7所示。RMS值为36.7μm,其像质要远远劣于分布优化的结果,而且优化时间也较分步优化的时间长。


ZEMAX软件在取样光栅对设计中的应用


4 结论

以上从光栅对结构出发,利用ZEMAX软件,采用分步优化的方式消除光栅系统像差,免去求解像差方程组的困难,在很大程度上减少了人工运算,提高了工作效率。这样的取样光栅对结构可完成波前畸变检测的工作,为大型激光束性能评价提供了有利的帮助。


鉴于篇幅,本文仅为节选(应用光学第31卷第6期),全文内容可阅读原文下载PDF文档。



N近期推荐

2021年光行天下广告位开始预订:

详情查看:http://www.opticsky.cn/read-htm-tid-139367.html


了解光电技术,关注光行天下公众号


ZEMAX软件在取样光栅对设计中的应用

光行天下:http://www.opticsky.cn
广告合作:QQ 9652202 微信号 cyqdesign

免费人才与求职平台:http://hr.opticsky.cn

稿件投递:[email protected](光电相关)


您的支持,是我们坚持的动力!点赞o( ̄▽ ̄)d!

上一篇:民航局印发新型基础设施建设《实施意见》和《五年行动方案》
下一篇:CIS 2020金融科技安全专场圆满结束,议题集锦不容错过

相关推荐

二哈长“不老”,也长不大,背后的原因却让人心疼
萌宠

二哈长“不老”,也长不大,背后的原因却让人心疼

381 哈士奇搞笑视频

经常这样想过哈士奇小时候多可爱啊如果二哈永远保持着小时候的模样那该是多美好...然而这只哈士奇仿佛吃了不老药,永远长不大听着让人羡慕可背后的原因却让人不禁落泪...这只叫Cascade的哈士奇出生在一个狗贩子的家中因小时候有些疾病,被遗弃在医院里经过检查,发现二哈的脊椎骨骼已经完全闭合目前无法判断是先天发育异常还是后天摔倒受伤所致现在Cascade将永远保持

“他们在网上肆意虐杀狗狗,我却在点赞关注献爱心”
萌宠

“他们在网上肆意虐杀狗狗,我却在点赞关注献爱心”

1651 可爱萌宠圈

戳蓝色字体关注我哟~术业有专攻,萌宠有小可01在网上有这么一段超过百万播放的视频一只几个月大的狗狗被卡在栏杆底下,面对缓缓靠近的路人不停的摇尾巴拍摄者将狗狗救出后带回家中,轻轻抚摸着。狗狗也露出笑容,享受着被救后的生活。镜头一切换,狗狗吃上了美食,享受着家人带给它的温暖,一切都是那么的美好。但是镜头背后的真相你们都了解吗?在几个月后拍摄者的视频中出现了一只死

萌宠

比格犬一家被人凌晨遗弃街头,主人做法让人不解,家里太有钱了?

1454 萌宠治愈师

据不完全统计,国内养宠物的数量已经达上亿只了,而养宠物可以说是没有门槛的,不管你的经济情况如何,只要是你想养,就可以通过各种方法养一只。而当你不想再养了呢?那么也是没有任何约束,送人或者遗弃,在大部分的城市里也不会有惩罚。今天要说的一只比格犬和它6只孩子的故事,在前几天,一位网友照常走在上班的路上,忽然发现前方有一群人在围观着什么。好奇的网友经过时就往里面憋

哈士奇农村被中华田园犬“欺负”生下狗子颜值爆表!
萌宠

哈士奇农村被中华田园犬“欺负”生下狗子颜值爆表!

785 二货萌宠屋

在犬界都说哈士奇是神奇的物种,每天看到最多的就是老王家的哈士奇把老宋家的狗子“糟蹋”了生了一窝哈士串。不过也不是所有的哈士奇都是攻,这不一宠主家的哈士奇因为跟着他回了趟农村老家,结果不知道被哪家的中华田园犬盯上了。本来家里的哈士奇生宝宝时间非常高兴的事情,但是看见这群出生的小宝宝宠主真的是哭笑不得了。狗宝宝一窝6只,个个长得虎头虎脑的很是活泼,毕竟是哈士奇嘛

游戏

斗地主、打麻将赛事兴起,棋牌类电竞有发展前景吗?

1538 唯电竞

马上2021年了,虚拟的棋牌类赛事到底算不算电竞已经不是我们需要考虑的问题。值得思考的是,棋牌类电竞相比我们所认知的电竞有何不同?棋牌类电竞的发展前景又怎么样呢?作者:二闹图片:来自网络最近棋牌类电竞的话题挺火,这得益于两个规模较大的赛事,一个是JJ斗地主冠军杯,另一个是TGA腾讯棋牌锦标赛。严格意义上来说,棋牌类电竞赛事诞生的时间并不比其他热门电竞项目短。

私房话

2021年最伤感的文案,锥心刺骨,令人心碎!

821 情感语录生活感悟

一、你走吧,我不怪你,喜新厌旧是人的本性。二、每次别人说喜欢我,我都觉得他们的喜欢很浅,浅到喝过酒就忘记,吵过架就放弃。三、生活中最不幸的是:由于你身边缺乏积极进取的人,缺少远见卓识的人,使你的人生变得平平庸庸,黯然失色。四、对不起,我长的不好看,说话总是酸酸的,待人也不够温柔,连灵魂都是苦涩的。五、你也不必特意敷衍,假意诚恳,我这二十几年不至于白活,是否真

游戏

十亿美元俱乐部,有什么了不起?

1551 手游矩阵

近日,移动应用数据分析公司SensorTower公布了2020年收入最高的6款手游产品,其中有5款手游的年收入已经超过了10亿美元,跻身“十亿美元俱乐部”。根据SensorTower商店情报数据显示,2020年至今,以腾讯《和平精英》和《PUBGMobile》,《王者荣耀》为首的五款手游收入已经突破10亿美元。其中,腾讯的《和平精英》和《PUBGMobile