关于Zemax设计Powell棱镜实例分享

QINGPENGABC

       前段时间刚入行线激光，一直在调研基于Powell棱镜的均匀线激光光学设计和仿真，研究了很久，和大家分享一下，也希望能借此赚一点积分和贡献值（当然可能还有一些不足之处，也希望能和大家讨论）。尝试过zemax序列和非序列模式，其中序列模式下优化出来的Powell棱镜模型在转换到非序列模式下。却因为找不到一个合适的光源分布，导致出射线激光的均匀性和扇角和预期有一些的偏离，因此直接利用已知光源模型，在非序列模式下进行设计优化，建模如下：

1. 利用标准高斯光源作为入射光源（也可根据实际光源模型建模）；
2. 设置Toroidal Lens建模Powell棱镜初始模型，主要参数包括圆锥系数c和曲率半径R，其中限制条件为：c<-1, 0.25<abs(c*R)<50;
3. 建立评价函数指标，包括均匀度和扇角，其中均匀度可以利用NSDD获取探测器的RMS值，越小越均匀；同时也可以获取探测是上的平均值和最大值，这两个之比越接近1越均匀；扇角也是可以利用NSDD获取探测器上RMS光斑半径（X或者Y方向），来实现优化；
优化模型和结果如下所示：

帅三石

您好，想跟您交流一下，对于二极管光源一般会有快轴和慢轴发散角不同，而且存在像散，一般慢轴发散角6-12°，快轴一般20°-40°，一般先要对光源准直然后在用鲍威棱镜整形的吧？但是直接看到您直接在模型上是这样输入的，请问您是怎么考虑的，

QINGPENGABC

帅三石 发表于 2022-5-9 19:24
您好，想跟您交流一下，对于二极管光源一般会有快轴和慢轴发散角不同，而且存在像散，一般慢轴发散角6-12° ...

是的，通常会在前面加一个聚焦镜组设计；我这里只是分享了对于鲍威尔棱镜的设计方法，不涉及半导体激光器的聚焦设计；我这里设置Sx，Sy，只是为了调整出入射光束直径为2mm的光斑大小；通常是需要根据实际半导体激光器模型重新建模，但对于Powell棱镜的设计优化应该都是相同的吧（个人理解）。

帅三石

QINGPENGABC 发表于 2022-5-9 19:56
是的，通常会在前面加一个聚焦镜组设计；我这里只是分享了对于鲍威尔棱镜的设计方法，不涉及半导体激光器 ...

好的，明白了，想请问您用鲍威棱镜做一字线激光整形的时候，在序列里面是如何保证均匀性的，也就是您优化的时候是怎么评价的。

ayh_52uu

这种方式会使光线在棱镜内部聚焦一次，如果激光的能量超过一定值是否会使棱镜内部发生损伤呢

QINGPENGABC

帅三石 发表于 2022-5-9 20:41
好的，明白了，想请问您用鲍威棱镜做一字线激光整形的时候，在序列里面是如何保证均匀性的，也就是您优化 ...

序列模式里面没有直接可以评价的均匀度（比如RMS值）的操作数，我是通过利用操作数REAY/REAX来改变不同视场的坐标值，来实现能量的均匀分布的

QINGPENGABC

@白米羔羊  版主先前不知道金币和贡献值不能兼得，能不能把金币取消换贡献值（已获取的金币也可以还回去）

帅三石

QINGPENGABC 发表于 2022-5-10 09:14
序列模式里面没有直接可以评价的均匀度（比如RMS值）的操作数，我是通过利用操作数REAY/REAX来改变不同视 ...

明白了，谢谢，我也是采用REAX和reay优化的，但是优化出来结果不太好。

QINGPENGABC

帅三石 发表于 2022-5-10 09:46
明白了，谢谢，我也是采用REAX和reay优化的，但是优化出来结果不太好。

可以根据Geometric Image Analysis中的Profile来调整REAX/REAY的目标值，来达到均匀的效果

QINGPENGABC

ayh_52uu 发表于 2022-5-10 08:30
这种方式会使光线在棱镜内部聚焦一次，如果激光的能量超过一定值是否会使棱镜内部发生损伤呢

这个问题确实没有考虑过，光学玻璃的损伤阈值我对这块确实还不太了解，特别是镀了膜的光学玻璃可能更容易损伤吧