光譜學是一種無創(chuàng)性技術(shù)，是研究組織、等離子體和材料的最強大工具之一。 本文介紹了如何使用市售的
光學元件來實現(xiàn)透鏡-光柵-透鏡（LGL）
光譜儀。進行光譜儀的設(shè)置，并對其設(shè)計進行改進和
優(yōu)化。（聯(lián)系我們獲取文章附件）
S4r m K& 簡介
! %B-y 9\ 本文介紹如何使用市售的光學元件實現(xiàn)透鏡-光柵-透鏡（LGL）光譜儀，以及如何在像差和性能方面對其進行優(yōu)化。本文基于文章 “如何構(gòu)建光譜儀——理論依據(jù)” 中所介紹的LGL光譜儀的基礎(chǔ)知識。
d$8K,-M LGL光譜儀的基本設(shè)計
w_DaldK* 在設(shè)計和實現(xiàn)光譜儀時，必須了解一些先決條件，并且確定出初步使用的有關(guān)光學元件和平臺（文末提供了制造商網(wǎng)站的鏈接）。在本例中，我們研究了用于光學相干斷層掃描（OCT）的光譜儀：
9Q1w$t~Y 光譜儀的帶寬為：855 nm到905 nm之間，以匹配對人眼檢查有利的OCT光源的光譜。
?O"zp65d( 我們使用的衍射光柵是由Wasatch Photonics公司生產(chǎn)的1800 l/mm的WP-HD1800/840-25.4相位體全息光柵。該光柵用于OCT應(yīng)用設(shè)備，并在所需的波長范圍內(nèi)進行優(yōu)化，使其獲得最佳的性能。光柵的直徑為 1英寸，此光柵也定義了系統(tǒng)的孔徑。
221}xhn5 因此，我們將使用Thorlabs生產(chǎn)的30mm籠型元件和1英寸
鏡頭來實現(xiàn)光譜儀。
2wa' WEx 我們使用的
傳感器是Teledyne生產(chǎn)的 e2V AVIIVA EV71YEM4CL2010-BA9線相機，該相機有2048個10µm寬，20µm高的像素。
5=Y(.}6 設(shè)置光譜儀的聚焦
透鏡的焦距為125mm，將幾乎完全照亮傳感器，中心波長的艾里斑半徑為9.2µm，大約等于探測器的像素寬度（查看文章”如何構(gòu)建光譜儀——理論依據(jù)”，學習如何計算這些參數(shù))。
yZ]?-7 在OpticStudio中設(shè)計LGL光譜儀
kh8 M= 系統(tǒng)設(shè)置
D={$l'y9p 在本例中，假設(shè)進入光譜儀的光來自單模
光纖。因此，可以將入射針孔作為點
光源進行建模。因此，在系統(tǒng)選項(System Explorer)中，孔徑類型(Aperture Type)設(shè)置為物方空間NA(Object Space NA)，孔徑值(Aperture Value)設(shè)置為0.12。此設(shè)置對應(yīng)于光纖的接收角。此外，將高斯切趾因子設(shè)置為1.0，來達到光束的強度分布。將波長設(shè)置為0.855µm， 0.880µm （主波長）和0.905µm，以覆蓋光譜儀所需的帶寬。
*$3p3- 
m-#]v}0A 準直透鏡
or bz`I Qc OpticStudio提供了包含大量商用鏡頭的鏡頭庫，可以通過鏡頭庫(Lens Catalog)找到所需鏡頭并將其插入鏡頭文件：
BU7QK_zT: 
t ^}"8 此處選擇的鏡頭是直徑為 1’’的Thorlabs消色差膠合透鏡，有效焦距為60mm，膜層適合于所選的波長范圍。選擇焦距為60mm ，使準直光束的直徑可以完全照亮衍射光柵。大孔徑有利于在探測器上得到較小的衍射極限光斑尺寸。
*_]fe&s=% 將鏡頭插入到表面 1上，將在鏡頭文件中添加新的三行。制造商優(yōu)化了鏡頭的無限共軛比，即無限遠物體
成像到焦平面上。但我們想要做相反的事情，即：使點光源（光纖）準直。因此，需要倒轉(zhuǎn)鏡頭。通過在OpticStudio中標記要反轉(zhuǎn)的行并按下翻轉(zhuǎn)元件(Reverse Element)按鈕來實現(xiàn)的：
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,@I\'os 由于鏡頭的焦距是60mm，因此我們將表面0的厚度設(shè)置為60mm，以滿足從光纖到準直透鏡的距離。此外，還增加了準直透鏡和衍射光柵之間的空間距離，由于光束是準直的，則此空間距離值為30mm并不重要。將表面1設(shè)為光闌：
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gZ-:4G|J 現(xiàn)在打開以上設(shè)置得到的三維布局圖，你會注意到光線在鏡頭后沒有準直。其原因是透鏡還未處于相對于光纖的準確位置。OpticStudio的快速調(diào)整 ( Quick Adjust ) 功能 （通過點擊：優(yōu)化 ( Optimize ) > 快速調(diào)整 ( Quick Adjust ) 打開）是執(zhí)行簡單優(yōu)化任務(wù)的非常方便的工具。選擇如下參數(shù)，并調(diào)整兩次：
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