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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

T;@>O^  
[attachment=129389]
"ux]kfoT  
?LI9F7n  
一、光栅设计
)/"7$2Aoy  
参考文章中的参数进行设计： RWFf-VA?  
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。 sv"mba.J  
<R>z;2c  
[attachment=129390]
5#.\pR{Gd  
r%d 11[z  
按照光栅示意图，参考文献中的计算结果为 Cg pT(E\E  
α1 = 24.8° on?/tHys  
β1 = 41.3° 4/?}xD|?  
θ1 = 33.1° w9$8t9$|  
% Au$E&sj  
[attachment=129391]
RH]>>tJ^e  
设置系统参数： Z4ioXl  
  • 系统波段为800-1000nm，设置波长为1，0.905，0.8um
  • OBB  0.0000000  1.0000000  25.4000000  0.00000000000
  • AFOCAL无焦模式
  • 光阑在表面1
D^55:\4(  
mwH!:f  
[attachment=129413]
1Uk~m  
bpa O`[*  
设置表面群组-33.1°的倾斜 d~-p;i  
 /;6@M=6u  
[attachment=129414]
bs EpET  
o!`O i5  
二维图，对应镜头文件： vUe *  
<[:7#Yo g  
[attachment=129415]
Cfo 8gX*  
aGb. Lh9  
在三维绘图中显示三种波长进行绘图 +\GZ(!~  
该光栅已经达到了如文献中描述的分光效果，三种不同波长的光按照计算出的角度传播。 @B[Cc`IN"  
~49N  
[attachment=129395]
L8wcH  
(0#F]""\e  
二、前准直镜设计
: 5<9/  
wZ8 MhE  
  • 准直透镜出射光为平行光，对其倒置进行设计。
  • 入射光束直径=20mm，焦距取f=75mm，FN=3.75
  • 根据原设计，半视场角约为0.015
  • 输入 DSEARCH 宏并运行
  • 准直镜结构简单，两片元件基本可以满足。
Du:p!nO  
8KwC wv  
运行搜索宏可以得到10个初始结构： .#55u+d,  
)nHE$gVM s  
[attachment=129396]
3*$9G)Ey  
}BdVD t  
从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析: $KWYe{#  
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 |F@xwfgb  
H9VXsFTW  
[attachment=129397]
[attachment=129398]
Nv?-*&L  
[attachment=129399]
'&:1?i)  
@ Rx6 >52>  
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。
=lC;^&D-0/  
[attachment=129400]
6QLQ1k`  
}"?nU4q;S  
设置表面8的-33.1°的倾斜，使光线垂直进入 51G=RYay9  
fA_%8CjI  
[attachment=129401]
!@<@QG-  
KU|BT .o8  
三. 后聚焦镜设计
M ?xpwqu\  
XQ 3*  
  • 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。 =v4r M0m,  
  • 输入 DSEARCH 宏并运行 a=*ALd_&0  
  • 使用4片元件提升像质 8HFXxpt[G  
  • 元件总长50mm，后焦距50mm / $9 :L  
R'I_xjC  
uR:=V9O  
运行搜索宏可以得到10个初始结构： $HBT%g@UN  
G_M:0YI@  
[attachment=129402]
Bhu@ 2KdA  
^0~c 7`k`V  
从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析: 6b ]1d04hT  
使用默认生成的优化宏优化一次，输入 MRG 替换真实玻璃 y=9Dxst"V  
|ck ZyDA  
[attachment=129403]
w3=)S\  
P}hY {y'  
删除最后表面的求解，最后的结构及数据： vXWsF\g  
BjyXQ9D  
[attachment=129404]
UXwB$@8  
[attachment=129405]
xaWGa1V'z  
ZUXse1,  
四、系统组合调整
R+{^@M&  
在光栅之后插入聚焦镜。使用指令： Zj1ZU[BEcL  
INSERT FILE '1130-3.RLE' SURFACE 1 TO 9 AFTER SURFACE 9 }KA-t}8  
删除系统的 AFOCL 无焦模式。调整表面8的厚度到合适的距离。 22GnbA7O  
]l=O%Ev  
[attachment=129406]
\5Vp6^  
tE]5@b,R  
使用如下绘图宏查看结果 mQJ4;BJw  
ik2- OM  
[attachment=129407]
=R&)hlm  
/&]-I$G@  
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 @ /UOSU  
tw'hh@7-Y  
[attachment=129408]
hdd>&?p3  
.pM &jni Y  
[attachment=129416]
z;dcAdz9  
~$4]HDg  
点列图
G la@l<  
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 Dac ^*k=D  
F0&~ ?2nG  
[attachment=129417]
G{kj}>kS_  
查看不同波长下的点列图和光斑大小
*o02!EYge  
H>?:U]  
[attachment=129411]
4%wq:y< )/  
[attachment=129412]
%K h2E2Pe  
7qP4B9S  
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。 (2z%U  
 VQ`,#`wV  
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.   >Hi h  
Hp\Ddx >Jd  
落多余 2024-12-11 16:22
学习一下啊，不错
寒夜 2024-12-11 23:08
挺不错的软件教程。
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