光纤光谱仪模拟的实验

天空很蓝

游客，本帖隐藏的内容需要积分高于 3 才可浏览，您当前积分为 0

甘晓苍

学习下，最近也在模拟光谱仪。

吴昌斌

天空很蓝 发表于 2019-1-23 10:20
提个建议，注意贴图，要不管理员还要专门打开看看，判断是否需要给积分。

针对光纤到狭缝的距离问题，我思考过一段时间。
1、首先，为了更多光线进入到准直镜（能被准直后，最终到达CCD的部分，不包括光纤数值孔径与准直镜口径不匹配造成的杂散光），光纤应该尽可能靠近狭缝。距离狭缝越近，最终进入系统的能量越多（在zemax非序列模式下分析，通过设置探测器来检测）。但实际组装后，能量并没有那么多，目前这个还没有很精确的计算方式，还再寻找摸索中。

2、之前，有拆过一个光谱仪，里面的狭缝设置，是光纤直接贴着狭缝，出来的光斑是圆形光斑。后来，设置光谱仪系统的狭缝时也是这么设置的，但实际装配过程中，特别光纤跳线经常拆卸过程中，狭缝容易松动或者中心的缝隙容易被脏东西堵住，因此，还是得留一段距离。
3、不知道光纤输出的光束，能量分布，是不是像高斯光斑那样，如果是高斯光束那样的，中心部分的能量会更多一点，这光纤与狭缝的距离对进入光谱仪系统的能量影响估计没那么大。
4、假如，光纤端面到狭缝存在一定的距离，考虑光纤的数值孔径NA，那么按照光束的发散角，可以估算处实际投射到狭缝的光束尺寸，进而可以算出在狭缝高度方向的有效长度，这个长度可以作为有效的狭缝高度（Y方向视场），宽度不受影响。这也涉及到很多光谱仪仿真路面，会设置3mm或更长的狭缝高度（Y方向视场），他们那么设置不知道是否根据实际情况来的，还是直接设置的是狭缝本身的高度。另外，狭缝高度（Y方向视场）越大，像差也越大，分辨率也会受到影响。
在这里，还是存在一定的疑惑，希望有经验的能够指点一下，谢谢！

天空很蓝

吴昌斌 发表于 2019-8-14 22:30
针对光纤到狭缝的距离问题，我思考过一段时间。
1、首先，为了更多光线进入到准直镜（能被准直后，最终 ...

这里交流下，也不一定对。
1.狭缝跟光纤距离尽可能的近，不要离得远或者说按照距离，光纤数值孔径来算对应狭缝高度，还是让两者尽可能接近吧，这个目前看到的都是这样做的；防止孔径不匹配，造成杂散光这个，还是用光阑来拦下光吧

2.光纤出来的近似高斯光束，但不是，设置两个圆柱体，分别设置其材料折射率吧，利用全反射原理仿真光纤准确一点。

ggbc

qiuyu_lzl 发表于 2019-1-24 09:48
这孔径类型为什么选择入瞳直径20mm？这光谱仪是光纤输入，选物方NA或角度是否更合适点？

你好，小白向您请教一下，光谱仪zemax模型里，光源方面用点光源吗？/有没有其他方法？比如针对光纤的那种光源？/一般大家都用什么光源？

ggbc

天空很蓝 发表于 2019-8-14 22:39
这里交流下，也不一定对。
1.狭缝跟光纤距离尽可能的近，不要离得远或者说按照距离，光纤数值孔径来算对 ...

你好，小白向您请教一下，光谱仪zemax模型里，光源方面用点光源吗？/有没有其他方法？比如针对光纤的那种光源？/一般大家都用什么光源？

qiuyu_lzl

吴昌斌 发表于 2019-8-14 22:30
针对光纤到狭缝的距离问题，我思考过一段时间。
1、首先，为了更多光线进入到准直镜（能被准直后，最终 ...

1.关于光纤输出光斑能量分布： 我有试过用激光二级管耦合到光纤再输出打到墙面，用功率计去测，中间能量是比较强些，，，应该是符合高斯分布的；光纤输入和输出的特性应该是一样的；
2.关于窄缝形状，和传感器相关，，，单一波长，从光纤出，到传感器光斑成一条线，，，线的长度由传感器的宽度决定，，，为了最大程度利用光能且减少杂散光，那窄缝的宽应控制最终的光斑线全部落在传感器感应宽度上；；；窄缝的长度，由于是要准直汇聚的，所以尽可能做长，但受到准直镜，色散镜长度限制；

3.关于光纤头与窄缝的距离；当光纤头与准直镜位置相对固定时，长和宽发散角就定下来了；窄缝与光纤头距离变化那窄缝大小会有所变化；；；距离近，窄缝小，安装精度要求相对就高点；这应该评估下安装误差对最终到传感器的能量变化

没做过光谱仪，上面只是个人的一点推测

吴昌斌

qiuyu_lzl 发表于 2020-4-22 18:29
1.关于光纤输出光斑能量分布： 我有试过用激光二级管耦合到光纤再输出打到墙面，用功率计去测，中间能量 ...

对于狭缝的问题：
1、之前做过两个光谱仪，其中一个狭缝10um宽、像元尺寸14*14um，仿真出来的全视场光斑尺寸差不多12um~16um，原本以为能达到0.6nm的分辨率，但实际组装后的分辨率1.2nm~2nm（典型值1.6nm）。以前看到论坛里或文献中，建议狭缝宽度与像元尺寸相当（或等于、或大于像元尺寸）

2、如果狭缝到光纤端面距离的变化，应该会引起，横向/纵向发散角的变化，但一般狭缝尽可能贴合在光纤断面处（很小的距离，以保证足够的光通量），因而其横向/纵向的发散角基本上没啥影响，打到准直镜上的光斑非常接近圆形光斑

3、对于狭缝的长度，有文献中提到狭缝过长会导致光斑倾斜；很多微型光谱仪都会将狭缝宽度设置的稍大于光纤纤芯尺寸（参考滨松的微型光谱仪，有10*400um、25*250um），但当狭缝距光纤端面很近时，真正有效的狭缝长度就比实际的小一些，光束不一定充满狭缝
4、对于狭缝安装。一直存在困惑，网上有建议，用显微镜、光纤、光源，辅助将狭缝放置在光纤纤芯中心处，这个实际安装的时候，还是比较麻烦的，手容易抖，肉眼也只能相对地将狭缝设置到纤芯中心处。不知道大厂在批量生产光谱仪时，是怎么处理的。

a)  如果，按照狭缝的外形与安装平面凹型坑对准贴合封装，由于机械加工误差、狭缝的宽度尺寸很小，觉得将狭缝装好还是较难的。

b)  即使，狭缝能够位于光纤纤芯中心，但是，安装的时候，一般是把光纤法兰连接盘取下来的，安装好后再装到机壳的对应位置通过螺纹或螺栓固定，这样装上去的狭缝，在横向/纵向，有可能偏移了预设计的光轴了，即光纤输出光束的中心线偏离光学元件的中心光轴。后面，该怎么调整好光轴重合也是问题

qiuyu_lzl

吴昌斌 发表于 2020-4-22 21:29
对于狭缝的问题：
1、之前做过两个光谱仪，其中一个狭缝10um宽、像元尺寸14*14um，仿真出来的全视场光斑 ...

对2，准直镜是长方形的吧？ 如果是，那光斑是圆的，那不是多了很多杂散光吗？ 个人感觉打到准直镜的光斑应该几乎的准直镜的尺寸一样

对4，条件的方法还是挺多的，感觉应该不难吧，，，不知道条件精度要求怎样，，，找个判据，按判据去调应用就可以了

吴昌斌

qiuyu_lzl 发表于 2020-4-23 14:03
对2，准直镜是长方形的吧？ 如果是，那光斑是圆的，那不是多了很多杂散光吗？ 个人感觉打到准直镜的光斑 ...

1、准直镜圆形的、方形的都有的，一般会在狭缝后面加孔径光阑，控制系统的NA，尽量减小因光纤与光路系统的NA不匹配所引入的杂散光。

2、对于孔径光阑的形状，是圆的，还是方形的，不太了解。看到一些光机拆机图，看到孔径光阑距离狭缝大概有10mm以上吧（视觉估计），那么打到准直镜上的光斑，应该与孔径光阑的形状相对应吧（疑问？不确定），可能与镜子的形状关系不大（疑问？不确定）

3、对于狭缝、光纤对准精度，还没找到较合适、较容易实施的判定条件