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    [分享]Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2020-11-19
    测量系统(MSY.0003 v1.1) RP` `mI  
    `6Hf&u<  
    应用示例简述 =B(mIx;m  
    e.;M.8N#SQ  
    1.系统说明 fp&Got!pB  
    `ROEV~  
    光源 N z~" vi(t  
    — 平面波(单色)用作参考光源 &" h]y?Q  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) {}\CL#~y  
     组件 `Q%NSU?  
    — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 <_:zI r,  
     探测器 'G#SLqZy  
    — 功率 Lk.h.ST  
    — 视觉评估 0Nr\2|  
     建模/设计 h<3p8eB  
    光线追迹:初始系统概览 $qm~c[x%  
    — 几何场追迹+(GFT+): >XE`h 9  
     窄带单色仪系统的仿真 3g'+0tEl  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 lrys3  
    U e*$&VlT  
    2.系统说明 jA`a/v Wu  
    Hed$ytMaGz  
    Lq0 4T0  
    Q}P-$X+/ n  
    3.系统参数 /V^sJ($V$~  
    e@jfIF0=}  
    <abKiXA"  
    !N~*EI$  
    =`p&h}h-L  
    4.建模/设计结果 PDC]wZd/  
    ,")F[%v  
    (cs~@  
    ]!Zty[  
    总结 }gCHQ;U7`  
    dVGbe07  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ` clB43 i  
    1. 仿真 ~@fR[sg<  
    以光线追迹对单色仪核校。 .#!mDlY;  
    2. 研究 9X]f[^  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。  aZgNPw  
    3. 应用 _A-V@%3  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 &O tAAE  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ']?=[`#NL  
    sv=H~wce  
    应用示例详细内容 o#e7,O  
    系统参数 `C'}e  
    n\= (S9  
    1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 z5EVG  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 E5{n?e  
    SDc" 4g`  
    \_ -DyD#3  
    2Xgx*'t\  
    2. 系统参数 mo9$NGM&}  
    ;$;rD0i|  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 0&$xX!]  
    jG8;]XP  
    v@_in(dk  
    Mi74Xl i  
    3. 说明:平面波(参考) ./.=Rw  
    3;y_mg  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 hW%p#g;  
    Dh`=ydI5  
    h{/ve`F>@  
    b1=pO]3u  
    4. 说明:双线钠灯光源 kfCKhx   
    z!CD6W1n  
    v3^t/[e~:  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 |<Bpv{]P  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 U**)H_S/~  
     由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 T.@sq  
    /f&By p  
    @?/\c:cp  
    K:w]> a  
    5. 说明:抛物反射镜 }+DDJ6Jzs  
    UUm |@  
    xjrlc9  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 ~:Ixmqi}R  
     出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 {8:o?LnMW  
    [ &daG:  
    !KDr`CV&  
    5_aw. s>  
    6ZksqdP8  
    ;eh/_hPM  
    6. 说明:闪耀光栅 oCA(FQ6  
    JUU&Z[6J  
    cY~M4:vgT  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 \G3!TwC%  
     通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 N 8}lt  
    VN+\>j-  
    KpGUq0d@  
    kaO{#i2-  
    lh$CWsx  
    v= 8VvT 8  
    7. Czerny-Turner 测量原理 raHVkE{<  
    B^m!t7/,  
    通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 r=0j7^B#  
    X <FOn7qf  
    DZP*x  
    e>!E=J)j  
    ~o Fh>9u  
    8. 光栅衍射效率 hr1$1&p  
    kp; &cQu!  
    cz>mhD  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 InN{^uN  
     因此,每一个波长的效率可视为独立的。 X~zRZ0  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) mQ=sNZ-d]  
    m9Il\PoTq  
    P'F~\**5  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd J% AG`  
    f?5A"-NS  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 e&ts\0  
    i*z0Jf["  
    NQ{-&#@/v  
    %r P !  
     由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 m2ox8(sd  
    \*J.\f  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 oX*b<d{\N  
    HT-PWk>2  
    l# BZzJ?~  
    GVZTDrC  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 L?Tu)<Mn  
     不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Oc~VHT  
    1~L\s}|2d  
    应用示例详细内容 l{QC}{Ejc2  
    D@*|24y  
    仿真&结果 *F..ZS'$[  
    vgN@~Xa  
    1. 结果:利用光线追迹分析 V:8@)Hc=  
     首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 J7Sx!PQ  
     对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 [brkx3h  
    L^x5&CCwk  
    Ta^.$O=F  
    3wo'jOb  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ;tXY =  
    pSXEJ 2k  
    2. 结果:通过虚拟屏的扫描 B/rzh? b  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 3jS7 uU  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, >-eS&rma  
    IOS^|2:,  
     通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 "H@Fe  
    &AJUY()8  
    q6Rw4  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 5DUi4 Cbgy  
    IBDVFA  
    3. 衍射效率的评估 ) u-ns5  
    为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 1Lc8fP$  
    t)KPp|&  
    \:h0w;34O  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 >I|<^$/  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd sc9]sIb  
    8a?IC|~Pz  
    4. 结果:衍射级次的重叠 SbCJ|z#?  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 hj+p`e S  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 C!hXEtK  
     0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 0xLkyt0  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 16L"^EYq  
     光栅方程: vWuyft*  
    JLml#Pu4  
    :)j7U3u  
    :ET x*c  
    G$|G w  
    5. 结果:光谱分辨率 T:Bzz)2/  
    50COL66:7  
    /8:gVXZi  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ~6] )*y  
    'r6cVBb}  
    6. 结果:分辨钠的双波段 [+_\z',u  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 5%'o%`?i  
       vu44!c@  
    ?~{r f:Y  
    QP'qG@j[:  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 r.?qEe8VV  
    O0-> sR  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 3Nc'3NPQ'  
    rYD']%2  
    7. 总结 aD0Q0C+  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 .x]'eq}  
    1. 仿真 ixg\[5.Q+  
    以光线追迹对单色仪核校。 F|9a}(-7  
    2. 研究 6V+V zDo  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 y(V&z"wk[  
    3. 应用 `Yg7,{A\J  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性  MK<  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 uwmoM>I W^  
    扩展阅读 <1TlW ~q<  
    1. 扩展阅读 p!C_:Z5i  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 e og\pMv  
    b!0'Qidh0  
     开始视频 Y!bpOa&  
    - 光路图介绍 cPV5^9\T  
    - 参数运行介绍 S_a :ML<  
    - 参数优化介绍 9zmD6G!}t  
     其他测量系统示例: )j]gm i"  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Q S5dP  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) &t[z  
    )r-T=  
    D1oaG0  
    QQ:2987619807 ~W2:NQ>i  
     
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    只看该作者 1楼 发表于: 2021-04-22
    楼上你有图中的仿真文件么
    离线lqqmuc2009
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    只看该作者 2楼 发表于: 2021-06-09
    想学习