光谱学是一种无创性技术,是研究组织、等离子体和材料的最强大工具之一。本文介绍了如何利用近轴元件建立
透镜—光栅—透镜(LGL)
光谱仪模型,使用OpticStudio的多重结构( Multiple Configurations )、评价函数 ( Merit Functions )和ZPL宏等先进功能完成了从所需指标
参数到性能评估的设计过程。(联系我们获取文章附件)
o|VM{5 简介
'sjks sy.3 光谱仪是测量光强与波长的函数关系的仪器。光谱仪有各种各样的通用设置。本文介绍了透镜—光栅—透镜(LGL)光谱仪。在OpticStudio中完成对光谱仪的设置后,对其关键设计参数进行确定和讨论。
(rf8"T!" LGL光谱仪的基本设置
OZl0I#@A LGL光谱仪的基本设置如下:
\#'m([<e ~</H>Jd 0t00X/ 多色光通过入射针孔进入光谱仪,从而产生发散光束。然后,使用准直透镜生成平行
光线。后面的透射式衍射光栅是光谱仪的核心元件,它可以根据光束的波长(即颜色)改变光束的方向。最后,聚焦透镜将光束会聚在探测器上。每种波长的光线会聚在探测器上不同的位置,通过将测量到的强度作为探测器上位置的函数,可以得到光线的光谱。
t(- 5l 第一种方法,在OpticStudio中使用近轴元件对该设置进行建模。这样做可以忽略像差和
优化问题,这些问题在文章 “如何构建光谱仪——实际应用”中讨论。另一方面,LGL光谱仪适用于理解光谱仪的基本物理概念及其分辨率。
j&,%v+x 在OpticStudio中建立近轴LGL光谱仪模型
GYri\ <[ 系统设置
]=5D98B 首先,在系统选项 ( System Explorer ) 中设置系统的基本参数。按照下图设置入瞳直径 ( Entrance Pupil Diameter ) (稍后将看到孔径如何影响光谱仪的性能):
_M[T8 "e( *3y:Wv T> be&,V_F 在此光谱仪中,要分析波长范围为:λmin=400 nm到 λmax = 700 nm的可见光,波长带宽为:Δλ= 300 nm。因此,设置三个波长,其中两个波长处于光谱的边缘,中心波长为:λ0 =550 nm,后者为主波长:
1,sD'iNb ARid 5'"9)#Ve 准直透镜
y]%Io]!d 完成以上操作后,可以继续使用光谱仪中的第一个元件,并在
镜头文件中添加第一行。假设光来自点
光源(对应于针孔)。使用焦距为30 mm的近轴透镜,将其置于针孔后30 mm处,将产生准直光束。插入另一个厚度为30 mm的表面,以表明准直透镜和衍射光栅之间的距离:
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F r1xhplHH@ 所设计系统的三维布局图(3D Layout)如下所示:
|uln<nM9 ^/Frg<>'p +dK;\wT 衍射光栅
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/ur9 光谱仪中的下一个元件是透射式衍射光栅。在OpticStudio中使用光栅之前,先仔细了解一下它,因为它是光谱仪的关键元件。
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