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测量系统(MSY.0003 v1.1) n%GlOKC WxwSb`U| 应用示例简述 [ aC7 FrXFm+8
F 1.系统说明 =8FV&|fP l+g\xUP 光源 t:y}
7un — 平面波(单色)用作参考光源 ,Yx"3i, — 钠灯(具有钠的双重特性) xDv5'IGBb 组件 I{#&!h>]U — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 {hYH4a&Hb 探测器 3>LyEXOW — 功率 ]XX9.Xh=- — 视觉评估 78a!@T1# 建模/设计 .u[hK — 光线追迹:初始系统概览 m]LR4V6k| — 几何场追迹+(GFT+): uFxhr2
<z 窄带单色仪系统的仿真 m2&"}bI{ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 mY[s2t 3u]#Ra~5 2.系统说明 i$MYR @ m=;0NLs4
':al4m" qbu>YTj 3.系统参数 2(SK}<X ?1%/G<
_m3}0q /B>p.%M[& (Uk1Rt*h 4.建模/设计结果 !=%E&e] UG)J4ZX |.kYomJ Q.SLiI
总结 b'i-/l$ (S~|hk^ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 y k=o 1. 仿真 GJlkEWs 以光线追迹对单色仪核校。 }~gBnq_DDU 2. 研究 L0ZgxG3:g 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。 ~~J xw ] 3. 应用 UuDT=_1Sh 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 |a!AgvNF 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。 _"BYnPq@wb fAx7_}k/ m 应用示例详细内容 aDJ\% 系统参数 c;\}R# M9mC\Iz[ 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 3@u<Sa 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。 jpND"`Q @WcK<Qho
n<Vq@=9AE '2`MT- 2. 系统参数 K(*QhKX ["FC 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。 &V.ps1 I'"b3]DXG
w h4WII 45cMG~]p 3. 说明:平面波(参考) jVh I`F{n 7MX nt5qUh 采用单色平面光源用于计算和测试。 Xy_ <Yqx} iTb k]$
` oBlv P( z#Wk 4. 说明:双线钠灯光源 We^!(G YyI4T/0s_ ^1d"Rqtv 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。 6.]x@=Wm 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)。 T<!&6,N A 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 I]S8:w![ Q/e$Ttt4J
Z1V%pg>]* ^:JZ.r 5. 说明:抛物反射镜 ~N</;{}fL4 KEfn$\ YXD6GJWo 利用抛物面反射镜以避免球差。 L2v
j)( 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。 h/9{E:ML _)4YxmK%
*0y|0J+0 @S3G> i
x50,4J%J'r C %l!"s^ 6. 说明:闪耀光栅 :5/P{Co( rh;@|/<l |T53m;D 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 nF0V`O\T 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 kYxb@Zn=| qPgLSZv
T~I5W=y {Vz.|
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CTu#KJ?j :*GLLjS; 7. Czerny-Turner 测量原理 J\iyc,M<M fJ!i%</V 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。 ~T<yp 'qRK6}"T
Mx,QgYSu 0>#or$:6E 0Xmp)_vba 8. 光栅衍射效率 rDNz<{evj "*o54z5" vfG4PJ 6 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 E}U[VtaC 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 &m=Xg(G~c 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) esCm`?qCP xpo<1Sr>S klC;fm2C file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd b-}nv`9C |1d;0*HIgX 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 a`.] 8Jy) S4RvWTtQV
0i}4T:J@` w_30g6tA 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 /]=dPb% g?V>+oMx 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 (eS/Q%ZGK K-Bf=7F,
b2;+a( SJY<#_b 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 Ux_ tHyc/ 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 fFD:E} >5 D[. ; H)V 应用示例详细内容 .k5
TQt +^% y&8e 仿真&结果 [t55Kz*cD i_OoR"J% 1. 结果:利用光线追迹分析 9z9z:PU 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 s^KUe%am0 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 m=&j2~<i 0RY{y n3
i3I'n* zNT~-
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ~YO-GX( X+;F5b9z 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 V$u~}]z 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)。 Q+/:5Z
C 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, [9f
TN2'z =w HU*mK 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。 )/FB73! Vx_lI
#3
55xv+|k animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms D*+uH;ws a
p-\R 3. 衍射效率的评估 Y%9S4be 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 n*-t
=DF hQ&S*f&='
TQm x$ 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。 `6V-a_8;[ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd CC1\0$ / Xv3u}nPMq 4. 结果:衍射级次的重叠 ,]@ K6 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。 Gv[W)+3f 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)。 ?(GMe> 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。 QjETu 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) fq/F|c 光栅方程: =jdO2MgSg* IdTeue EqzS={Olj a5WVDh,cR 24{!j[,q@ 5. 结果:光谱分辨率 V-a/%_D .{D[!Dp#h
?&Si P-G file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run @`2<^-r\ jI@0jxF 6. 结果:分辨钠的双波段 3#R~>c2 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 "~x\bSY #.p^S0\pw
3/8o)9f. ,Iq+ v 设置的光谱仪可以分辨双波长。 u2K{3+r`' ~rEU83 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run NL&(/72V q@;WXH O0 7. 总结 |33pf7o 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 8}Rwf?B 1. 仿真 >XP]NY}Po[ 以光线追迹对单色仪核校。 P\;lH"9 2. 研究 Nj||^k 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。 c38RE,4U 3. 应用 Wq
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c/| 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 /b,M492 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。 %cG6=`vR 扩展阅读 A<^IG+Q,B7 1. 扩展阅读 fV*x2g7w 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 =-jkp W>eJGZ< 开始视频 M$#zvcp - 光路图介绍 x{<WJ|'B - 参数运行介绍 ~PaD _W#xP - 参数优化介绍 e8gJ }8Fj 其他测量系统示例: !zLd,` - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) r=4'6! - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) T[>h6d JC`|GaUy ]O',Ei^ QQ:2987619807 @B5@3zYs
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