[我分享] 干涉光谱仪设计与优化

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发表于 2018-3-22 22:21 | 显示全部楼层 |阅读模式

干涉光谱仪设计与优化

帖子出自西光所，本系统主要讨论光谱仪的优化和建模，交流心得，切勿转载！

一、设计任务

目标为630nm的氧原子气辉，系统光谱范围为601.6749~631.3246nm，光谱分辨率为0.7623cm-1，探测器参数为1024*1024 ，探测器像元大小：13*13μm，前置雷竞技下载找ray666点vip系统：光阑前置的远心系统，焦距f'为150，F数为8，入射光波长为630nm，视场角2ω为7.1846°，系统远心度为1 mrad，后截距lBFL为254.9535mm。

二、设计过程

分析前置雷竞技下载找ray666点vip系统可知：该系统为反远射型系统，根据理想雷竞技下载找ray666点vip系统的公式（参考《电影摄影物镜》），可求得计算前置透镜系统的前组焦距f'1为−133.7624mm，后组焦距f'2为122.6760mm，间隔d为98.3098mm，光阑距离第一面的距离为28.6351mm。理想雷竞技下载找ray666点vip系统如下图所示：

将上图中雷竞技下载找ray666点vip系统的前组和后组的理想透镜替换成实际雷竞技下载找ray666点vip透镜，考虑到前组角放大率为1.7，故前组选择两片透镜，后组选择一片透镜。前组物镜的采用双负透镜，且每个面的光焦度都相等，两个负透镜相距5mm，材料为H-K9L，后组两面光焦度相同，厚度为7mm，材料为H-K9L，滤波片厚度为5mm，材料为H-K9L。计算后初始结构参数如表所示，将上述参数导入ZEMAX得到初始结构如图所示。

前置透镜初始结构参数

Surf

Radius

Thickness

Material

Stop

Infinity

23.130354

−280.733245

5.000000

H-K9L

280.733245

5.000000

−280.733245

5.000000

H-K9L

280.733245

90.880000

125.545656

7.000000

H-K9L

−125.545656

2.000000

Infinity

5.000000

H-K9L

Infinity

4.000000

Infinity

250.953500

Image

对上述镜头进行优化，用default评价函数，并加入以下操作数

EFFL 焦距控制

mnct 空气中心最小厚度

mnet 玻璃间空气边缘最小厚度

mneg 玻璃边缘最小厚度

mncg 玻璃中心最小厚度

mxeg 玻璃边缘最大厚度

mxcg 玻璃中心最大厚度

tthi 控制后截距

优化后的系统结构参数、MTF以及点列图如下

Surf

Radius

Thickness

Material

Stop

Infinity

49.162951

-57.680811

12.694906

H-ZK6

105.658559

19.981322

-237.873927

13.319513

H-LAK4L

-70.674976

19.999883

206.851625

15.000000

H-K5

-100.558699

2.000000

Infinity

5.000000

H-K9L

Infinity

4.000000

Infinity

250.953500

Image

干涉仪基本结构如下

将上述结构在ZEMAX中建立序列模型

对比前置透镜系统的评价函数和全系统的评价函数可知，全系统的像差主要是干涉仪部分引起的，所以对全系统进行优化时，可将干涉仪中的扩视场棱镜的厚度以及间隔作为主要边界条件，然后加入前置透镜系统的各变量也加入优化，得到如图所示的全系统结构图，对应的评价函数（MTF、点列图以及场曲和畸变）：

基本优化过程不难，在于控制边界条件，断点以及多重结构的控制，因为要仿真干涉图，序列模型不好判断系统的好坏，导入ZEMAX非序列仿真干涉图，因此先建立模型。建立好的基本干涉仪主体和仿真图片如下图所示：

这里说明一下上面多出的一组镜头是准直镜，比较好设计，只要将上述的成像镜反转，然后放开后截距的边界条件就行，非序列下就不用优化了，直接用光线追迹，此中难点只有POB建模，但是掌握之后就不难了，小孩的仿真是通过加入zemax中的slide实现的。

这里不放置附件，希望大家理解，不懂或者有意见都可以交流！！

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qiuyu_lzl

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发表于 2018-3-24 12:50 | 显示全部楼层

楼主，我也觉得这个建模有点难吧，这么多元件。可否谈谈在序列中建模技巧

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怒
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楼主| 发表于 2018-3-24 16:05 | 显示全部楼层

ZEMAX中文论坛站长发表于 2018-3-24 12:50
楼主，我也觉得这个建模有点难吧，这么多元件。可否谈谈在序列中建模技巧

过段时间把

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mini206

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发表于 2018-3-26 20:07 | 显示全部楼层

这个干涉仪为何叫干涉光谱仪，不是很理解，麻烦解释一下吧，谢谢了。

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怒
2023-12-26 20:47

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楼主| 发表于 2018-3-26 22:14 | 显示全部楼层

mini206 发表于 2018-3-26 20:07
这个干涉仪为何叫干涉光谱仪，不是很理解，麻烦解释一下吧，谢谢了。

该系统中闪耀光栅是按照一定角度摆放，并且一定存在某一波长的轴上光入射光栅后，按原路返回，此时系统不产生干涉条纹，如果另外波长的光入射，则会产生一个小角度，和麦克尔逊干涉仪类似，在干涉的出口处两波面存在一定角度就会产生干涉条纹，并且是等厚干涉的定域条纹。
说明：系统中的四分之一波片和光栅的作用会让光的振动方向改变（P变S，S变P），最后在干涉仪的出口处有检偏器让系统中P光和S光形成干涉

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dyhsilence

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小白

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发表于 2019-3-10 19:18 | 显示全部楼层

楼主，请问可以给POB里面某一个面镀半透半反膜么？POB建模时只能选择是否为反射面，只有两种选择

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[LV.Master]伴坛终老

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http://www.optzmx.com/thread-9885-1-1.html

发表于 2019-3-10 20:43 | 显示全部楼层

dyhsilence 发表于 2019-3-10 19:18
楼主，请问可以给POB里面某一个面镀半透半反膜么？POB建模时只能选择是否为反射面，只有两种选择

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dyhsilence

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[LV.6]常住居民II

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小白

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发表于 2019-3-11 20:38 | 显示全部楼层

天空很蓝发表于 2019-3-10 20:43
http://www.optzmx.com/thread-9885-1-1.html

非常感谢您的解答！在非序列模式下，给POB镀膜即可实现半透半反，
但是，我想请问的是在混合模式下，对POB某一表面镀半透半反膜，是否同样可以起作用？
我尝试了下，并没有效果，不知道是不是我设置的原因，望大佬给予解答，非常感谢！

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怒
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楼主| 发表于 2019-3-22 11:10 | 显示全部楼层

dyhsilence 发表于 2019-3-11 20:38
非常感谢您的解答！在非序列模式下，给POB镀膜即可实现半透半反，
但是，我想请问的是在混合模式下，对P ...

混合模式下不支持半透半反

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qiuyu_lzl

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慵懒
2023-12-12 11:44

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发表于 2019-3-22 14:58 | 显示全部楼层

POB的建模思路是用xyz坐标去定义点，然后用点去定义面，，，规则整数的图像还好，如有角度，点是无理数，点的定义会有误差，，，这建模是比较难些
如果会机械软件，如solidworks，proe等，可以用机械软件建模导进ZEMAX，这样容易很多
这俩种方法建模出来，除了坐标定位不同，其他一样的使用，暂时没发现其他的差别

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