光譜學(xué)是一種無(wú)創(chuàng)性技術(shù)，是研究組織、等離子體和材料的最強(qiáng)大工具之一。本文介紹了如何利用近軸元件建立透鏡—光柵—透鏡(LGL)光譜儀模型，使用OpticStudio的多重結(jié)構(gòu)( Multiple Configurations )、評(píng)價(jià)函數(shù) ( Merit Functions )和ZPL宏等先進(jìn)功能完成了從所需指標(biāo)參數(shù)到性能評(píng)估的設(shè)計(jì)過(guò)程。（聯(lián)系我們獲取文章附件） ?go:e#  
簡(jiǎn)介 Jjl%R[mI  
光譜儀是測(cè)量光強(qiáng)與波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系的儀器。光譜儀有各種各樣的通用設(shè)置。本文介紹了透鏡—光柵—透鏡(LGL)光譜儀。在OpticStudio中完成對(duì)光譜儀的設(shè)置后，對(duì)其關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定和討論。 g}f9dB,F  
LGL光譜儀的基本設(shè)置 /cK%n4l.y  
LGL光譜儀的基本設(shè)置如下： O'GG Ti]e  
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多色光通過(guò)入射針孔進(jìn)入光譜儀，從而產(chǎn)生發(fā)散光束。然后，使用準(zhǔn)直透鏡生成平行光線。后面的透射式衍射光柵是光譜儀的核心元件，它可以根據(jù)光束的波長(zhǎng)（即顏色）改變光束的方向。最后，聚焦透鏡將光束會(huì)聚在探測(cè)器上。每種波長(zhǎng)的光線會(huì)聚在探測(cè)器上不同的位置，通過(guò)將測(cè)量到的強(qiáng)度作為探測(cè)器上位置的函數(shù)，可以得到光線的光譜。 f1PN|  
第一種方法，在OpticStudio中使用近軸元件對(duì)該設(shè)置進(jìn)行建模。這樣做可以忽略像差和優(yōu)化問(wèn)題，這些問(wèn)題在文章 “如何構(gòu)建光譜儀——實(shí)際應(yīng)用”中討論。另一方面，LGL光譜儀適用于理解光譜儀的基本物理概念及其分辨率。 &/A8-:m  
在OpticStudio中建立近軸LGL光譜儀模型 ez3Z3t`  
系統(tǒng)設(shè)置 hCYQGx0  
首先，在系統(tǒng)選項(xiàng) ( System Explorer ) 中設(shè)置系統(tǒng)的基本參數(shù)。按照下圖設(shè)置入瞳直徑 ( Entrance Pupil Diameter ) （稍后將看到孔徑如何影響光譜儀的性能）： E1&b#TE6O  
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在此光譜儀中，要分析波長(zhǎng)范圍為：λmin=400 nm到 λmax = 700 nm的可見(jiàn)光，波長(zhǎng)帶寬為：Δλ= 300 nm。因此，設(shè)置三個(gè)波長(zhǎng)，其中兩個(gè)波長(zhǎng)處于光譜的邊緣，中心波長(zhǎng)為：λ0 =550 nm，后者為主波長(zhǎng)： =V97;kq+v  
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完成以上操作后，可以繼續(xù)使用光譜儀中的第一個(gè)元件，并在鏡頭文件中添加第一行。假設(shè)光來(lái)自點(diǎn)光源（對(duì)應(yīng)于針孔）。使用焦距為30 mm的近軸透鏡，將其置于針孔后30 mm處，將產(chǎn)生準(zhǔn)直光束。插入另一個(gè)厚度為30 mm的表面，以表明準(zhǔn)直透鏡和衍射光柵之間的距離： q@hp.(V  
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所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的三維布局圖(3D Layout)如下所示： zNSu  
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光譜儀中的下一個(gè)元件是透射式衍射光柵。在OpticStudio中使用光柵之前，先仔細(xì)了解一下它，因?yàn)樗�是光譜儀的關(guān)鍵元件。 m6
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光柵本質(zhì)上是帶有平行排列的若干等距狹縫的光闌。為了進(jìn)行簡(jiǎn)化，先來(lái)看看只有兩個(gè)狹縫的光柵（俯視圖）： Y`6rEA0  
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已經(jīng)對(duì)入射光束進(jìn)行了準(zhǔn)直，所以光束中的所有光線彼此平行。如果考慮穿過(guò)兩個(gè)狹縫（紅色箭頭）的兩條光線，我們可以計(jì)算這兩條光線（藍(lán)色部分）之間路徑差Δs ，它是兩個(gè)狹縫之間的距離 d ，入射角 α 和衍射角 β 的函數(shù)： T88Y qI  
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