模拟透射式体全息光栅拉曼光谱仪分光系统设计 | SYNOPSYS 光学设计软件第76课

一、光栅设计

参考文章中的参数进行设计：

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。

按照光栅示意图，参考文献中的计算结果为

α1 = 24.8°

β1 = 41.3°

θ1 = 33.1°

设置系统参数：

• 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

设置表面群组-33.1°的倾斜

二维图，对应镜头文件：

镜头文件

在三维绘图中显示三种波长进行绘图

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。

二、前准直镜设计

• 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。

宏文件和镜头文件

运行搜索宏可以得到10个初始结构：

从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:

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

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。

镜头文件

设置表面8的-33.1°的倾斜，使光线垂直进入

三. 后聚焦镜设计

• 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。

• 输入 DSEARCH 宏并运行

• 使用4片元件提升像质

• 元件总长50mm，后焦距50mm

宏文件和镜头文件

运行搜索宏可以得到10个初始结构：

从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:

使用默认生成的优化宏优化一次，输入 MRG 替换真实玻璃

删除最后表面的求解，最后的结构及数据：

四、系统组合调整

在光栅之后插入聚焦镜。使用指令：

INSERT FILE '1130-3.RLE' SURFACE 1 TO 9 AFTER SURFACE 9

删除系统的 AFOCL 无焦模式。调整表面8的厚度到合适的距离。

镜头文件

使用如下绘图宏查看结果

宏文件

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

镜头文件

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点列图

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

查看不同波长下的点列图和光斑大小