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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，前置光学系统：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 分析前置光学系统可知：该系统为反远射型系统，根据理想光学系统的公式（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。理想光学系统如下图所示：
将上图中光学系统的前组和后组的理想透镜替换成实际光学透镜，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 | | | 2 | −280.733245 | 5.000000 | H-K9L | | 3 | 280.733245 | 5.000000 | | | 4 | −280.733245 | 5.000000 | H-K9L | | 5 | 280.733245 | 90.880000 | | | 6 | 125.545656 | 7.000000 | H-K9L | | 7 | −125.545656 | 2.000000 | | | 8 | Infinity | 5.000000 | H-K9L | | 9 | Infinity | 4.000000 | | | 10 | 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 | | | 2 | -57.680811 | 12.694906 | H-ZK6 | | 3 | 105.658559 | 19.981322 | | | 4 | -237.873927 | 13.319513 | H-LAK4L | | 5 | -70.674976 | 19.999883 | | | 6 | 206.851625 | 15.000000 | H-K5 | | 7 | -100.558699 | 2.000000 | | | 8 | Infinity | 5.000000 | H-K9L | | 9 | Infinity | 4.000000 | | | 10 | 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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发表于 2018-3-22 22:21
发表于 2018-3-24 12:50
