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小火龙果 2024-07-17 10:08

SYNOPSYS 光学设计软件课程七十六：模拟透射式体全息光栅拉曼光谱仪分光系统设计

=i%2/kdi0b  
[attachment=129389]
.j88=t0  
/7S]%UY  
一、光栅设计
a-!"m  
参考文章中的参数进行设计： C==tJog[  
在 SYNOPSYS 中使用非寻常表面类型27的平面光栅，加上前后两片 N-BK7 的保护玻璃来模拟体相位全息光栅。 9[T#uh!DC  
1b3Lan_2  
[attachment=129390]
| nry^zb  
.[cT3l/t  
按照光栅示意图，参考文献中的计算结果为 2SG|]=  
α1 = 24.8° G&C)`};  
β1 = 41.3° *B:{g>0  
θ1 = 33.1° ~ezCE4^&  
cIM5;"gLP  
[attachment=129391]
(-dJ0!  
设置系统参数： NBMY1Xgj  
  • 系统波段为800-1000nm，设置波长为1，0.905，0.8um
  • OBB  0.0000000  1.0000000  25.4000000  0.00000000000
  • AFOCAL无焦模式
  • 光阑在表面1
}f&7<E  
T>f-b3dk  
[attachment=129413]
l'16B^  
iT^lk'?{O  
设置表面群组-33.1°的倾斜 6\0GVM\  
K&|zWpb  
[attachment=129414]
w4L\@y 3  
D@ =.4z  
二维图，对应镜头文件： k}T~N.0  
:+Dn]:\  
[attachment=129415]
GMNf#;x  
;prp6(c  
在三维绘图中显示三种波长进行绘图 G$@X>)2N8  
该光栅已经达到了如文献中描述的分光效果，三种不同波长的光按照计算出的角度传播。 APc@1="#J  
!uO|T'u0a  
[attachment=129395]
3^ Z tIZ  
_cGiuxf #  
二、前准直镜设计
qA30z%#z_  
f4tia .  
  • 准直透镜出射光为平行光，对其倒置进行设计。
  • 入射光束直径=20mm，焦距取f=75mm，FN=3.75
  • 根据原设计，半视场角约为0.015
  • 输入 DSEARCH 宏并运行
  • 准直镜结构简单，两片元件基本可以满足。
K4R jGSaF  
HYg _{  
运行搜索宏可以得到10个初始结构： pu>LC6m3a  
tQl=  
[attachment=129396]
sJM}p5V  
T >-F~?7Sv  
从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析: =~EQ3uX  
使用默认生成的优化宏优化一次，同时控制厚度，输入 MRG 替换真实玻璃 `HJwwKd  
7L<oWAq  
[attachment=129397]
[attachment=129398]
hR`dRbBi%  
[attachment=129399]
"V:UQ<a\  
\uPT-M*  
在镜头后方合适位置插入光栅的结构
使用指令：
INSERT FILE '1130G.RLE' SURFACE 1 TO 5 AFTER SURFACE 4
再调整厚度间距。
>XZq=q]E!  
[attachment=129400]
iTK1I0  
qob!!A14p  
设置表面8的-33.1°的倾斜，使光线垂直进入 %##9.Xm6l  
3=K-+dhk|t  
[attachment=129401]
A6U6SvM;  
9a4RW}S<  
三. 后聚焦镜设计
Z$hxo )|  
Xs?>6i@$$  
  • 分光后的不同波长的光线角度用聚焦镜视场角16.5°表示，FN=4.5。  C3<3  
  • 输入 DSEARCH 宏并运行 B"B  
  • 使用4片元件提升像质 1b D c ct  
  • 元件总长50mm，后焦距50mm ^a}{u$<  
d[Fsp7U}  
q{5Vq_s\  
运行搜索宏可以得到10个初始结构： #M>E{w9  
=VSieh  
[attachment=129402]
eo,]b1C2n  
 9q5[W=|  
从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析: 1%:A9%O)t  
使用默认生成的优化宏优化一次，输入 MRG 替换真实玻璃 p_nrua?  
JC+VG;kcs  
[attachment=129403]
p,0 \NUC  
(J;?eeP  
删除最后表面的求解，最后的结构及数据： a&cV@~  
Fca?'^X  
[attachment=129404]
r\1*N.O3|O  
[attachment=129405]
{38aaf|'/  
q>X:z0H  
四、系统组合调整
V,"'k<y  
在光栅之后插入聚焦镜。使用指令： ejQCMG7  
INSERT FILE '1130-3.RLE' SURFACE 1 TO 9 AFTER SURFACE 9 XDWERv Ij  
删除系统的 AFOCL 无焦模式。调整表面8的厚度到合适的距离。 x~z 2l#ow  
Q6>vF)( -  
[attachment=129406]
+Q9HsfX/  
0jS/U|0  
使用如下绘图宏查看结果 lt]U?VZ   
!6%mt}h  
[attachment=129407]
OH(+]%B78  
%)e+w+  
调整透镜的口径以补满光线，使用偏心的设置把镜头调整到正确的位置 /6fPC;l  
^ Q}1&w%  
[attachment=129408]
oF^BJ8%Lm  
(l,o UBRr  
[attachment=129416]
loB/w{r*x  
O^:h_L  
点列图
}:irjeI,  
查看不同波长的点列图。先输入所有波长M，比例20和用符号显示，在一张图里显示三种波长的点 .G]# _U  
IY:O?M  
[attachment=129417]
+OmSR*fA0  
查看不同波长下的点列图和光斑大小
I6fpXPP).  
h.^DRR^S  
[attachment=129411]
oGqv,[$qN  
[attachment=129412]
yKI.TR#  
pSP_cYa#(#  
以上就是本次透射式体全息光栅拉曼光谱仪分光系统设计，所有宏文件和镜头文件可以评论区留言获取。 cmeyCyV*  
K6U>Qums  
参考文献：[1]何振磊,卢启鹏,丁海泉,高洪智.透射式体全息光栅拉曼光谱仪分光系统设计[2][J].激光与光电子学进展,2015,52(12):214-220.   xRUYJ=|oh  
g}-Z]2(c#  
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