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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) E2zL-ft.  
    ) 8xbc&M  
    应用示例简述 .U{}N%S  
    [vr"FLM|9  
    1.系统说明 fHaF9o+/b  
    YIN* '!N  
    光源 |;J`~H"K  
    — 平面波(单色)用作参考光源 nk!uO^  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) L 0Ckw},,  
     组件 R&!;(k0  
    — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 M&iXdw&  
     探测器 v} !lx)#  
    — 功率 =sW K;`  
    — 视觉评估 T$kuv`?  
     建模/设计 TFHYB9vV  
    光线追迹:初始系统概览 U%F a.bL~  
    — 几何场追迹+(GFT+): 2z;nPup,  
     窄带单色仪系统的仿真 D&fOZVuqZ  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 OIFjc0  
    xjp0w7L)J  
    2.系统说明 "C}<umJ'  
    2H;#L`Z*  
    _E9[4%f  
    VK/L}^=GOO  
    3.系统参数 "y8W5R5kL4  
    ,tXI*R  
    Wt%Wpb8  
    0s8fF"$  
    N(i.E5&9  
    4.建模/设计结果 ce$ [H}rDB  
    q>+!Ete1p  
    y:E$n!  
    gR/?MJ(v  
    总结 yFm88  
    k/F#-},Q.  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 9<&*iIrM  
    1. 仿真 .8'c c8  
    以光线追迹对单色仪核校。 x'-gvbj!  
    2. 研究 MHp:".1  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 e6*,MnqBh  
    3. 应用 (<.\v@7HC  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 `)$G}7cRUH  
    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。 D<70rBf2  
    C\{ KB@C\*  
    应用示例详细内容 H{*rV>%  
    系统参数 jcC"vr'u|  
    %V1jM  
    1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 Kf?:dF  
    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。 C`ZU.|R  
    bR}fj.gP  
    07=I&Pum  
    CY=lN5!J  
    2. 系统参数 M:.+^.h  
     rPr]f;  
    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。 Pc?"H!Hkn  
    'JgCl'k,  
    'PrBa[%  
    y<HNAG j  
    3. 说明:平面波(参考) b*tb$F  
    R:l&2  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 UFZOu%Y  
    AcJrJS)~  
    yFd.tQs  
    @8w[Zo~  
    4. 说明:双线钠灯光源 8 mOGEx  
    k&L/Jzz I  
    G]$EIf'  
     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。 1.N2!:&G|  
     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)。 n5oX51J  
     由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 [CI0N I6F  
    +2tFX  
    |bQF.n_  
    & E6V'*<93  
    5. 说明:抛物反射镜 Oc,HnyV+  
    .*n*eeD,  
    Xe:rPxZf~  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 b)#rUI|O  
     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。 >\~Er@  
    a;Pn.@NVq  
    E`xpZ>$mPx  
    T12Zak4.=  
    SXe1Q8;  
    i`<L#6RBT  
    6. 说明:闪耀光栅 L%3Bp/`S  
    Y^DGnx("m  
    !?).4yr  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 eB_r.R{  
     通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 v>nBdpjXh  
    E ?bqEW(  
    .x] pJ9  
    -{C Gn5]_#  
    4i&Rd1#0dI  
    3P>1-=  
    7. Czerny-Turner 测量原理 T.')XKP)1N  
    ai?N!RX%H  
    通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 oa=TlBk<  
    Z5F#r>>`  
    \ qq  
    EbX!;z  
    qQ3pe:n?  
    8. 光栅衍射效率 Qv'x+GVW]  
    8D@Jd  
    JC9$"0d7  
     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。 u>vvW|OB[  
     因此,每一个波长的效率可视为独立的。 `:EhYj.   
     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) oclU)f.,  
    0y/31hp  
    mN.[bz  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Y-st2r[,  
    5}w   
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 3` oOoKX  
    L A A(2  
    JKrS;J^97v  
    z$d<ep{6  
     由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 k?L2LIB<  
    Nmt~1.J  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 D:IG;Rsc  
    $%'3w~h`  
    Wb cm1I)  
    nN-S5?X#  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 d+5~^\lV  
     不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 /NiD#s0t  
    RP+)sCh  
    应用示例详细内容 H[OgnnM  
    F&7|`o3  
    仿真&结果 u^JsKG+,:  
    :/Es%z D  
    1. 结果:利用光线追迹分析 HOCj* O4  
     首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 (dQ=i  
     对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ITn PF{N  
    `F&~SU,  
    ^Mc9MZ)  
    R?9x!@BV  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd z5~W >r  
    Suo$wZ7J  
    2. 结果:通过虚拟屏的扫描 nP*%N|0  
     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)。 R1w5,Zt  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, jf)l; \u  
    SA=>9L,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。 8 Zp^/43  
    ~Fwbi  
    <LXx_{=:  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms :lvBcFw  
    ^eO/?D8~h  
    3. 衍射效率的评估 ) < U9  
    为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 f^u-Myk  
    GQCdB>   
    g|$;jQ\_  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 ey4.Hj#T  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Qe ip h  
    t:vBVDkD  
    4. 结果:衍射级次的重叠 Ov?J"B'F  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 dY~z6bT  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 pPo xx"y  
     0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 -]D/8,|s  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) \#B<'J9.`  
     光栅方程: iT,7jd?6#  
    blIMrP%  
    |m ?ZE:  
    PcU~1m1  
    -rm[.  
    5. 结果:光谱分辨率 T :m" eD;  
    kC 6*An_f  
    ~eoM 2XlW  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run h ! R=t  
     fCJjFL:  
    6. 结果:分辨钠的双波段 m}=E$zPbO  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 51#OlvD  
       3+h3?  
    $$&.}}.,  
    fC*cqc~{@  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 <"P-7/j3j  
    PS[ C!s&KE  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run (4A'$O2  
    X<[ qX*  
    7. 总结 zB`woI28  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 uXh:/KO  
    1. 仿真 pxd=a!(  
    以光线追迹对单色仪核校。 Xw!\,"{s  
    2. 研究 xHJkzI  
    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。 DyGls8<\!  
    3. 应用  G7a l@  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 }F_c0zM  
    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。 ~qGW9 4  
    扩展阅读 bD:0k.`  
    1. 扩展阅读 Q zaD\^OF  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Kmx^\vDs  
    '=fk;AiQ  
     开始视频 Op ?"G  
    - 光路图介绍 Xzf,S;XV~  
    - 参数运行介绍 .)!QsBU  
    - 参数优化介绍 u%)gnj_  
     其他测量系统示例: p .=9[`  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) RE%f'y  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) k<^M >` $  
    R54[U  
    vb6EO[e% I  
    QQ:2987619807 9 =;mY  
     
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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