CZ交叉光谱仪优化问题

lxjjj

一款CZ交叉光谱仪790-1030nm, 分辨率0.5nm， 光栅600lines/mm, +1 级。采用默认优化：RMS spot y 方向 GQ 9 rings 12 arms加上一些距离的角度的边界条件。得到图1：光路，具体结构如图2： lens data。点列图结果如图3（我就只放了1030/1030.5nm）。我的问题是为什么狭缝到准直反射镜的距离L_in以及聚焦反射镜到像面的距离L_out与两个反射角的曲率半径优化完后都不是1/2 关系？ 我看了许多文章他们的焦距与曲率半径都基本符合1/2规则，这就表明光路里不是准直光束了。从点列图来看，感觉是分开了，而且在slit后还会有一个0.5mm直径的孔径，在仿真里加上后相邻波长就无重叠部分。不确定这么做是否正确，希望得到解答，谢谢。

songshaoman

能不能上传一下光学文件，看着是用了轮胎镜？

可乐不加冰

狭缝到准直反射镜的距离 不需要设置成变量，不然优化过程中会变化的，肯定就不是准直的了。L_in手动优化到准直就好了

lxjjj

重查了一下ocean optics QE65000的spec，对称交叉CT结构，F/#=4， 焦距101mm。使用600lines/mm的光栅，50um slit的情况下分辨率为1nm。detector 尺寸为1024 x 58 (1044 x 64 total pixels); 24.6 µm square size。
所以补充一下看看这三款，第一种：两个mirror R一样，L_in=L_out≈R/2。光斑图：，1030nm处光斑长度为1.6mm长度。在slit后3.6mm加一个0.5mm直径的圆孔后，1030nm光斑变为0.96mm长度，且可以清晰分开1nm分辨率。

第二种：保持L_in=L_out≈100mm不变，但是两个mirror R 做变量进行优化。最终R1从200mm变为177mm，R2从200mm变为230mm。光斑图。我认为相较于第一种，这一种好像慧差优化的更好些，光斑更小所以能量更集中？且MTF曲线也更高更平缓。但是光路中不是准直光，这应该会导致打到光栅的光束有不同的入射角，从而影响色散。所以我还是更偏向于‘可乐不加冰’所说的手动优化到准直。不知这么考虑是否正确，以及是否还有其他的缺点？
第三种：与第一种一样，两个mirror R一样，L_in=L_out≈R/2，但加大了第一个mirror的入射角，从10°变为13°。
优化后光斑结果：。在1030nm处光斑我觉得比第一种的结果更好。1030nm光斑长度变为了2.2mm, 加0.5mm孔径后，光斑变为1.3mm长度。与第一种一样光斑长度都缩小了40%，但1.3mm快把detector全填满了，应该实际调试时会困难一些。所以不确定1和3 两种光斑长度哪种更好？
从优化经验来看，增大Mirror 1 的角度会增加像散，也就是光斑长度增加，我一开始使用得到是8°，但此时根据消慧差公式，Mirror 2 入射角会变得很小，在6-7°左右，光路被光栅挡光了。当增大到13°时，Mirror 2 的入射角为9.4°。但从机械结构来看此时更加合理。我拆了ocean optics的QE65000大致测量后，他们Mirror1 角度为8°左右，Mirror2 角度为11°左右。我尝试使用了下这两个参数优化，结果都不如我目前的光斑图。但是加了0.5mm孔径后，也确实可以达到1nm的分辨率。所以我想问问之前实际设计调试过的前辈们这一类型的CT交叉光谱仪是否会为了机械结构或者调试容易牺牲掉一部分光斑（意思是不加0.5mm孔径，光斑有重叠，但是加了后可以清晰区分就可以）？当然我也不确定他们用的Mirror是什么参数，但我觉得从省钱来看，应该用两个一样R的球面镜就足够了。

奥特忙

lxjjj 发表于 2024-9-23 01:28
重查了一下ocean optics QE65000的spec，对称交叉CT结构，F/#=4， 焦距101mm。使用600lines/mm的光栅，50um ...

在狭缝后增加二级光阑的方式，会提升整体的分辨率，使得整体分辨率进一步优化，但是也存在牺牲F数。