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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) o4xZaF4+  
    -70Ut 4B  
    应用示例简述 :EZTJu  
    rc"yEI-``"  
    1.系统说明  5bk5EE`  
    :%R3( &  
    光源 |#k1a:  
    — 平面波(单色)用作参考光源 |,o!O39}>  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) &@y W< <  
     组件  V}&  
    — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 3vx?x39*Y  
     探测器 _95V"h  
    — 功率 JVRK\A|R  
    — 视觉评估 6 LC*X  
     建模/设计 [!"u&iu`  
    光线追迹:初始系统概览 qvCl mZ  
    — 几何场追迹+(GFT+): M*nfWQ a  
     窄带单色仪系统的仿真 Zx@{nVoYe~  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 fN@2 B  
    ds`a6>746  
    2.系统说明 e(cctC|l  
    L0}"H .  
    WL<Cj_N_{H  
    I_4'9  
    3.系统参数 ^b'[ 81%  
    }{s<!b  
    _jp8;M~Z  
    uGOvZO^v  
    YoJN.],gf  
    4.建模/设计结果 &q>=6sQvf  
    BDpeAF8z  
    xI$B",?(  
    .Gw;]s3  
    总结 $5l8V  
    lCDXFy(E  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 \xwE4K  
    1. 仿真 5F $W^N  
    以光线追迹对单色仪核校。 :Fm)<VN"  
    2. 研究 lj(}{O  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 |oa 9 g2  
    3. 应用 - 3kg,=HU;  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 52=?! JM  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 )=#QTiJ  
    jU/0a=h9  
    应用示例详细内容 O.Z<dy+  
    系统参数 0@vSl%I+  
    y]yp8Bs+  
    1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 WOiw 0  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 lUbQ@7a<'  
    v<$a .I(  
    x xWnB  
    #}3$n/  
    2. 系统参数 zQ&`|kS  
    a~jM^b;VN  
    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。 q,A;d^g  
    $5Jo %K%  
    X H,1\J-S  
    jNBvy1  
    3. 说明:平面波(参考) 4vQ]7`I.f  
     $ac VJI?  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 Q E1DTU  
    F6`$5%$M;?  
    4*&_h g)h  
    }j;*7x8(  
    4. 说明:双线钠灯光源 $n.oY5=\  
    |]y]K%  
    6SJ  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 ;rC)*=4#  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 [9Q}e;T  
     由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 PRa #; Wb  
    !lpKZG  
    *EY^t=  
    )2~Iqzc4  
    5. 说明:抛物反射镜 }}y~\TB~}  
    KF(N=?KO  
    w,f1F;!q1  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 JI##l:,7r  
     出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 w a7)  
    pCb3^# &o  
    J=Q?_$xb}  
    gJz~~g'  
    ~;> psNy  
    sTv;Ogs.  
    6. 说明:闪耀光栅 5F&xU$$a-  
    ~?`V$G=?,  
    0<(F 8  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 !(QDhnx}9c  
     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 av~dH=&=  
    V}_M\Y^^;  
    X} <p|P+  
    >..C^8 "  
    ;c};N(2  
    W{'RR.  
    7. Czerny-Turner 测量原理 ;]XKe')  
    *c<0cHv*  
    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。 A"ApWJ3  
    NFxs4:] RT  
    ':Avh|q3N  
    D}YAu,<K  
    b9FfDDOq"  
    8. 光栅衍射效率 OZ2YflT  
    L!2BE[~  
    />FgDIO  
     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。 =GGt:3Kx-  
     因此,每一个波长的效率可视为独立的。 :70n%3a  
     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) N3O~_=/v?  
    iPoh2  
    vMT:j  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ii,/omn:  
    wX7|a/|@  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ZoFQJJK56B  
    ~Q4 emgBD  
    1"7Rs}l7  
    B}Lz#'5_  
     由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 #*r u*  
    c^Y&4=>T  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 g3*" ^C2=  
    oz54IO  
    ZMFV iE;8  
    Pi^5LI6JW  
     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)。 <]9%Pm#X  
     不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 &}N=a  
    ?<7o\Xk#{  
    应用示例详细内容 q>JW$8  
    |gl~wG1@  
    仿真&结果 +aa( YGL  
     ^##tk  
    1. 结果:利用光线追迹分析 OanHG  
     首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 f[}N  
     对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 8 oK;Tzh  
    ]gxt+'iAFS  
    y}TiN!M  
    _4H}OGZI  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ^&nC)T<w  
    y:\ ^[y IQ  
    2. 结果:通过虚拟屏的扫描 Ws_R S%  
     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)。 $8k QM  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, +s(JutC  
    P[|FK(l  
     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。 oSDx9%  
    E Z^eEDZ  
    ;a]Lxx;-  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms lz=DP:/&  
    gc%aaYf>  
    3. 衍射效率的评估 D'dE!CAUs  
    为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 $m$tfa-  
    w>RBth^p  
    GQZLOjsop  
    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。 d~ lB4  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Z @:5vo  
    IYJS>G%*  
    4. 结果:衍射级次的重叠 Yn0l}=, n  
     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。 (6Ssk4  
     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)。 \dIc_6/D1  
     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。 Y+ZQN>  
     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) #1>DV@^F  
     光栅方程: UIpW#t  
    :j sa.X  
    %]~XbO  
    ,d^ze=  
    Cd>GY  
    5. 结果:光谱分辨率 i{['18Q$F3  
    . kv/db  
    D/T& 0  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run TB=KT j  
    P|rsq|',  
    6. 结果:分辨钠的双波段 AixQR[Ul*c  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 m 6Xex.d  
       l~f>ve|  
    QQQ3U  
    >g):xi3qK  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 ,&wTUS\  
    ||{V*"+\  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run k>W5ts2+  
    |*~=w J_  
    7. 总结 UKIDFDn6_  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 t}Z*2=DO  
    1. 仿真 2>Uy`B|f  
    以光线追迹对单色仪核校。 [G(}`u8w"  
    2. 研究 w"-'  
    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。 c&A;0**K,  
    3. 应用 <NIg`B@'s  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 sd (I@ &y  
    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。 #g.J,L  
    扩展阅读 (6jr}kP  
    1. 扩展阅读 'f+g`t?  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 IEi E6z]L(  
    ?q}XD c  
     开始视频 %]>LnbM>4  
    - 光路图介绍 c*O{?b  
    - 参数运行介绍 >JN K06T  
    - 参数优化介绍 oD5VE  
     其他测量系统示例: s_(%1/{  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) /0w?"2-  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ^bVY&iXNu  
    |]qwD,eiH,  
    <Pg]V:=g'  
    QQ:2987619807 a59l"b  
     
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    离线chenming95
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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