光譜學(xué)是一種無創(chuàng)性技術(shù),是研究組織、等離子體和材料的最強大工具之一。本文介紹了如何利用近軸元件建立
透鏡—光柵—透鏡(LGL)
光譜儀模型,使用OpticStudio的多重結(jié)構(gòu)( Multiple Configurations )、評價函數(shù) ( Merit Functions )和ZPL宏等先進(jìn)功能完成了從所需指標(biāo)
參數(shù)到性能評估的設(shè)計過程。(聯(lián)系我們獲取文章附件)
2TxHY|4 簡介
q/N1q& 光譜儀是測量光強與波長的函數(shù)關(guān)系的儀器。光譜儀有各種各樣的通用設(shè)置。本文介紹了透鏡—光柵—透鏡(LGL)光譜儀。在OpticStudio中完成對光譜儀的設(shè)置后,對其關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)進(jìn)行確定和討論。
q=+AN</ LGL光譜儀的基本設(shè)置
}vGWlNd#g LGL光譜儀的基本設(shè)置如下:
G&?,L:^t fSL'+l3 Vr1yj 多色光通過入射針孔進(jìn)入光譜儀,從而產(chǎn)生發(fā)散光束。然后,使用準(zhǔn)直透鏡生成平行
光線。后面的透射式衍射光柵是光譜儀的核心元件,它可以根據(jù)光束的波長(即顏色)改變光束的方向。最后,聚焦透鏡將光束會聚在探測器上。每種波長的光線會聚在探測器上不同的位置,通過將測量到的強度作為探測器上位置的函數(shù),可以得到光線的光譜。
m0(]%Kdw 第一種方法,在OpticStudio中使用近軸元件對該設(shè)置進(jìn)行建模。這樣做可以忽略像差和
優(yōu)化問題,這些問題在文章 “如何構(gòu)建光譜儀——實際應(yīng)用”中討論。另一方面,LGL光譜儀適用于理解光譜儀的基本物理概念及其分辨率。
q4wS<,3 在OpticStudio中建立近軸LGL光譜儀模型
d4]9oi{} 系統(tǒng)設(shè)置
74u_YA<" 首先,在系統(tǒng)選項 ( System Explorer ) 中設(shè)置系統(tǒng)的基本參數(shù)。按照下圖設(shè)置入瞳直徑 ( Entrance Pupil Diameter ) (稍后將看到孔徑如何影響光譜儀的性能):
QT\=>,Fz _ Xu+^41 2xEG s Q 在此光譜儀中,要分析波長范圍為:λmin=400 nm到 λmax = 700 nm的可見光,波長帶寬為:Δλ= 300 nm。因此,設(shè)置三個波長,其中兩個波長處于光譜的邊緣,中心波長為:λ0 =550 nm,后者為主波長:
;xKPa6`E BIM!4MHLA (TjY1,f!H 準(zhǔn)直透鏡
$QB~ x{v@n 完成以上操作后,可以繼續(xù)使用光譜儀中的第一個元件,并在
鏡頭文件中添加第一行。假設(shè)光來自點
光源(對應(yīng)于針孔)。使用焦距為30 mm的近軸透鏡,將其置于針孔后30 mm處,將產(chǎn)生準(zhǔn)直光束。插入另一個厚度為30 mm的表面,以表明準(zhǔn)直透鏡和衍射光柵之間的距離:
o8A1cb4<T :Q@qR((&o 0zCmU)ng 所設(shè)計系統(tǒng)的三維布局圖(3D Layout)如下所示:
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