切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • Zemax光学设计从入门到精通 Zemax光学设计从基础到实践 成像衍射光学元件设计及应用 现代光学与光子学技术
    微小光学与微透镜阵列 光学设计与光学元件 计算光学带来的成像革命  
    发帖 回复
    返回列表
    • 1314阅读
    • 0回复

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

    		 上一主题 下一主题
    离线infotek
    科学家
     
    发帖
    5658
    光币
    22442
    光券
    0
    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-11-16
    测量系统(MSY.0003 v1.1) b6f OHy  
    U[?_|=~7  
    应用示例简述 Yn= "vpM1  
     MU a[}?  
    1.系统说明 ;j1E6  
     Y 2ANt w@  
    光源 &U]/SFY  
    — 平面波(单色)用作参考光源 fy"}# 2  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) ..u{v}4&  
     组件 HBE[q#  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 \'j(@b,  
     探测器 Z@+nkTJ9&t  
    — 功率 5qQMGN$K  
    — 视觉评估 3[fm| aU  
     建模/设计 _`\!+qGq  
    — 光线追迹：初始系统概览 k B]`py!  
    — 几何场追迹+(GFT+)： g_syGQ\  
     窄带单色仪系统的仿真 B1nm?E 0i  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ~ `qWE u  
    #'s$6gT=  
    2.系统说明 BM /FOY;  
    fS4W*P[B3  
     @y;VV*  
    zs#-E_^%M  
    3.系统参数 (Fzy8 s  
    {ac$4#Bp[B  
     |@JTSz*Or  
    G'/G DN^j  
    iG6]Pr|;e  
    4.建模/设计结果 <<MpeMi  
     OU,FU@6,7w  
    OmWEa  
     ^ l]!'"  
    总结 ,jg #^47I  
     `X@\Zv=}  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 C][hH?.  
    1. 仿真 'D5J5+.z  
    以光线追迹对单色仪核校。 $"/l*H\h  
    2. 研究 =figat  
    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。 ru eaP  
    3. 应用 )Ac,F6w  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Zwc&4:5%  
    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。 tz;o6,eb  
     u5}:[4N%I  
    应用示例详细内容 NzQvciJ@"  
    系统参数 9S]pC?N]E  
     qK%N{ro[{?  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 O pu*i  
    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。 }=bzUA`C  
    ~q566k!Ll!  
     Pt5wm\  
    a^J(TW/  
    2. 系统参数 l.pxDMY  
     vm+3!s:u  
    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。 (]'wQ4iQ  
    &EV%g6  
     j? BL8E'   
    ZNw|5u^N  
    3. 说明：平面波(参考) ^\gb|LEnK  
    _ $>);qIP4  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 ! I?C8)  
    #1J ,!seJ  
      mU4(MjP?  
    1w7tRw  
    4. 说明：双线钠灯光源 H I|a88   
    qWr=Oiu  
    qLL rR,:  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 im &N &A  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 md{nHX&  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 +&G(AW  
    P I"KY@>H  
     3\m !  
    jq)Bj#'7  
    5. 说明：抛物反射镜 y p{Dl  
    yy{YduI  
    q#AEu xI1  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 .c]>*/(+  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 G;cC!x<  
    PzKTEYJL  
    `e'wW V  
    Gf.ywqE$Y$  
     )KFxtM-  
    c+3(|k-M  
    6. 说明：闪耀光栅 OlyW/hd  
    aWTurnee^  
    'm*W<  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 *RS/`a;,  
     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 e+BZoK ^  
    } F{s\qUt  
    ?=Ceo#Er  
    afX|R  
     `$jun  
    #^VZJ:2=|  
    7. Czerny-Turner 测量原理 mF@7;dpr  
     =|AYT6z,  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 )@DDs(q=i  
    Mu/(Xp62  
     P,pC Z+H  
    5T.U=_ag  
    1#3|PA#>  
    8. 光栅衍射效率 JqO1 a?H  
    tco G;ir  
    |qe;+)0>K  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 c6i7f:'-0  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 =M-=94  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) &u&WP  
     K!\v ?WbF  
    ?0:]% t18  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ,!Q nh:  
    5B)&;[  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 %bTuE' `b  
    C)j/!+nh  
     w.58=Pr  
    r}qDvC D  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 NUVKAAgMX  
    AJB NM  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ^X{U7?x  
    0'6ai=W  
     4F.,Y3  
    A'`F Rx(  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 o#6QwbU25  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 z<9C-  
    )e5=<'f 1  
    应用示例详细内容 >x*[izr/K  
     J/P[9m30[  
    仿真&结果 roc DO8f  
     (<>??(VM  
    1. 结果：利用光线追迹分析 z4_B/Q  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 v|~=rvXFC  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 @.E9 ml  
    '6vo#D9M  
     `w#VYs|k  
    b||usv[or  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 3}s]F/e  
     AP%R*0]  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 #z>I =gl  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 /7"V~c6  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， !0hyp |F:>  
    OWrQKd  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 -V;Y4,:c  
    .9e5@@VR  
     wipl5O@L  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms !%M,x~H  
     u-&V, *3l  
    3. 衍射效率的评估 \:Tq0|]Px  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 4vi?9MPz  
    v`QDms,{  
     zAM9%W2v_  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 L&s~j/ pR  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 5ZkR3/h e  
     V  H`_  
    4. 结果：衍射级次的重叠 \Y"S4<"R  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 2?%4|@*H?  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 %T>@Ldt  
     0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 Uf+y$n-  
     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) ,w6?Ap  
     光栅方程： `AE6s.p?  
     E8Kk )7  
    |MKR&%Na  
    #2i$:c~  
    %[KnpJ{\  
    5. 结果：光谱分辨率 \EU3i;BNT%  
    `:7r5}(^  
     \y?*} L  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 9^g8VlQdT  
     BMO,eQcB  
    6. 结果：分辨钠的双波段 MOB4t|  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 _ZavY<6  
       Pi=FnS  
    <2@t ~ 9  
     (BtU\f#d  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 1J1Jp|j.  
    P=EZ6<c3&  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run V0m1>{  
    DZL(G [  
    7. 总结 2|\mBP`ok  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 JdI*@b2k[  
    1. 仿真 <<S4l~"o  
    以光线追迹对单色仪核校。 6{i0i9Tb  
    2. 研究 S+KKGi_e  
    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。 OQ2G2>p  
    3. 应用 B/3~[ '  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Q (N'Oj:J  
    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。 :CM-I_6  
    扩展阅读 .(Ux1.0C  
    1. 扩展阅读 {BM:c$3@j  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 = .S2gO >  
    +7OE,RoQ  
     开始视频 $I-iq @  
    - 光路图介绍 hb~d4J=S  
    - 参数运行介绍 <5KoK!H  
    - 参数优化介绍 1f^oW[w&  
     其他测量系统示例： zx "EAF{  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) *{5}m(5F  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) +e>G V61  
     
    回复
    举报
    分享到
    发帖 回复
    返回列表