CT 交叉 光谱仪优化问题

lxjjj

想请问一下，CT交叉型光栅光谱仪的优化如何操作？  我看了些文献，有关于球差和慧差的优化，主要是相关公式算准直透镜和聚焦镜的离轴角，光栅衍射角，lens 直径等等，我准备接下来照着算一下，看看点列图，分辨率的。 但是在做之前想请问下光谱仪优化是这样做的嘛？因为我用默认的评价函数一优化，光路就完全变了。  所以希望可以指点一下如何进行优化。感谢！

kennys

首先，对于一般的CT光谱仪，其光斑是椭圆的，默认下x方向存在很大的像差，y方向长度缩短，但是同时也是存在诸多像差的，zemax默认的评价函数，无论是点列图还是波前图，都是以优化像差为目的，缩小光斑，所以对于光谱仪的光斑优化并不适用。对于一般的分辨率较低的设计，选用默认的spoty评价函数也可优化（也可加入DYDY、DYDX），但是需要另外限制住其他条件，对于分辨率高的，推荐不使用默认函数，采用直接明了的方法控制Y光学光斑长度。

lxjjj

kennys 发表于 2021-4-13 11:15
首先，对于一般的CT光谱仪，其光斑是椭圆的，默认下x方向存在很大的像差，y方向长度缩短，但是同时也是存在 ...

感谢Kennys， 我还有些问题就一起写在回复里放出来问了。背景：光栅600line/mm，焦距是101.6mm input和output，F/#=4 ， 两个透镜D=25mm左右，因为我是在仿一个实体的光谱仪做模型，这些参数是已知的， 然后我在这基础上去凑补齐了一些其他的参数， 比如波长范围700nm-1100nm, slit=50um，分辨率0.8nm，然后建立了模型如附件。
所以有如下几个问题请教：
1. slit设置是否正确？
2. 准直透镜和聚焦透镜的曲率半径该如何决定以及准直光束是如何优化？ 我现在就只是照着2f设的
3. 读了几篇文献，提到光谱仪中球面镜球差使用如图公式约束，但是在本例中算出D小于等于15mm左右，但实际用的25mmlens， 所以这一点是哪里的问题？
4. 慧差我应该会用这个公式看看 两个透镜离轴角，曲率半径和衍射角之间的关系。
关于优化，我现在有点不明应该哪几个地方设置变量，比如做spoty优化时，是只需像面距离和角度设置可变吗？
以及M1到grating，grating 到M2，M2到像面的距离如何优化？
附件的优化是参考之前一位帖主做的，也有点乱是因为我自己也还没理清楚，如果有任何建议，错误或相关优化资料也欢迎告知我，十分感谢！就先问这些吧

kennys

lxjjj 发表于 2021-4-14 12:45
感谢Kennys， 我还有些问题就一起写在回复里放出来问了。背景：光栅600line/mm，焦距是101.6mm input和ou ...

1、狭缝的选用是和光斑的分辨方向的长度是有关的，对于最终光斑的影响是狭缝宽度、衍射极限、
聚焦光斑宽度等因素的平方和再开方，选用是否合理，还得看最终你要用来分辨的光斑得多大、
2、准直镜的出射光准直性并不要求完全准直，首先，你这个是球面镜，在考虑离轴角的情况下，必然无法达到很优秀的准直（离轴抛物面镜可以做到），如果实在需要控制准直度，可在准直镜出射后加一个垂直于主光线的虚拟面，使用RETY、ATAN来纠正其准直度。
3、书上的理论大部分情况下只是实例作用，现实中，其他很多因素，都会影响，这方便我也说不好，有时候的确是和书上讲的不一样，但是模拟出来依然是比较好的
4、一般按理论来讲，准直镜出射后是默认为准直光的，但是模拟的时候，你选用了不同的曲率半径，会使其具有一定的发散角，这使得距离也是和优化的结构挂钩的，距离优化推荐在设定到一个初始结构之后，限定距离的变化在一个很小的范围内去优化，如果发现优化到了一个距离的上限或下限之后优不动了，再去适量微调。

lxjjj

kennys 发表于 2021-4-16 09:55
1、狭缝的选用是和光斑的分辨方向的长度是有关的，对于最终光斑的影响是狭缝宽度、衍射极限、
聚焦光斑 ...

关于1， 其实我是想问的这个设置方法对不对，我点光源0.5mm后设置了一个长方形孔径，然后出光就好像全是在一个面上，我看官方spectrometer例子里也是这样，只是不太确定是否正确。
关于4，举例来说，慧差与准直镜R 或者孔径大小相关，假如我用TRCY 操作数做优化，该设置变量的应该是哪几个？再比如说 之前您提到spot y方向宽度，做这优化时，哪部分该设为变量？这里是我有疑惑的地方。 以及每次优化设置的变量数量有没有什么建议？
然后比如这两个优化，应该是分开做的对吧？  做完第一个慧差优化，一些参数确定了就不动了，再做之后的优化，最后可能还会再进行些微调。
感谢

kennys

lxjjj 发表于 2021-4-16 11:36
关于1， 其实我是想问的这个设置方法对不对，我点光源0.5mm后设置了一个长方形孔径，然后出光就好像全是 ...

1、这个设置的问题我就不知道的，因为我们再设置的时候其实都是把狭缝或者是光阑直接看做点光源来看的2、设置变量的话，这个说不好，控制那个来优化那肯定是曲率半径首当其冲，但是剩下的也都是会影响的，我自己的做法是都拿来做优化，这一点你可以再看看别人有没有什么高见
3、优化函数是各个要素权衡同步优化的结果，结构的限制和像差的优化是同步进行的，你说的先优化慧差，再去优化其他的，也可以，但是要在注意权重的设置

lxjjj

Kennys, 能否请您看下我的结构， 看看优化有什么不对的地方或是帮我补充修改下，我不确定是否正确， 从点列图来看你觉得怎么样？   现在觉得有点分辨不开0.8nm  可能有些参数还得重新计算一下。

yuzixi

根据使用波长700-1100nm 光栅刻线为600lines/mm,光谱分辨率=0.8nm@slit=25um，以及入射与出射距离均为101.6mm。 通过我的CT光谱仪初始结构相关计算得到结果


可以把这些初始结构参数输入zemax


希望能帮到你。

lxjjj

yuzixi 发表于 2021-5-15 20:23
根据使用波长700-1100nm 光栅刻线为600lines/mm,光谱分辨率=0.8nm@slit=25um，以及入射与出射距离均为101. ...

刚刚才看到您的回复，非常感谢，我会看下你的数据，请问可否将你的zemax文件私信我或者你私信联系我？  因为我看到论坛有规定不可以透露个人信息，我没法发邮箱， 我想学习下你的优化过程。 十分感谢！

lxjjj

yuzixi 发表于 2021-5-15 20:23
根据使用波长700-1100nm 光栅刻线为600lines/mm,光谱分辨率=0.8nm@slit=25um，以及入射与出射距离均为101. ...

或者可否截图下你的完整的优化操作数？