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测量系统(MSY.0003 v1.1) %Uk]e5Hu tk5Bb`a 应用示例简述 C%<[mM p1p4t40<l 1.系统说明 v~:$]a8 kW&{0xkGR 光源 gP*:>[lR — 平面波(单色)用作参考光源 5-|fp(Ww_W — 钠灯(具有钠的双重特性) n$ye:p>`- 组件 {#CyO
b4 — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 &$fe%1# 探测器 .}.5|z} A — 功率 {\G4YQ — 视觉评估 5gWn{[[e)y 建模/设计 u]P0:)tS. — 光线追迹:初始系统概览 DoA4#+RU — 几何场追迹+(GFT+): 5H#3PZaQ 窄带单色仪系统的仿真 B[F,D 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 e!}R1 EAq/Yw2$ 2.系统说明 W`], V|vU17Cgy
sbOa]
5] 5EDM?G 3.系统参数 Y3jb'S4( F7^d@hSV
OL*EY:] "(ehf|%>% -\yaP8V 4.建模/设计结果 _$"qC[. @)iv' -nG3(n&wB S~`&K 总结 MId\dFu %(b`i C9 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 <'QHe4 1. 仿真 r'fNQJ > 以光线追迹对单色仪核校。 r?d601(fa 2. 研究 pU)wxv[~ 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 elXY*nt8h 3. 应用 Y;S+2])R2 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 }Tn]cL{]C 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 72} MspzUt z7F~;IB*u 应用示例详细内容 /kyuL]6 系统参数 d;|Pp;dc KcP86H52I 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 z (r Q6 Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 =kohQ d.n zLuej'
ihKnZcI$i NvXds;EC 2. 系统参数 R<)7,i`F GWRKiTu9 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。 NMmk, RUm1;MWs
axnkuP( & :x_ 3. 说明:平面波(参考) z^S=ji U++ |eWlB\ x8 采用单色平面光源用于计算和测试。 -uenCWF\# `TKe+oS)
mZJ"e,AY ?AX./LI 4. 说明:双线钠灯光源 e m<(wJ-Y D_D<N(O )(b]-
) 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。 !HM{imT 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)。 Q/r9r*>z 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 Rer\=' %7pT\8E5
+j&4[;8P: &%L1n?>Q} 5. 说明:抛物反射镜 XJDp%B =9 FY;9 WMZ&LlB% 利用抛物面反射镜以避免球差。 ^KhA\MzY 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。 Af1mTbf= aGx`ec*t
V9NE kS 2ksX6M3kY
I0sd%'Ht? ] 7_ f'M1F 6. 说明:闪耀光栅 C4&yC81Gm #g\O*oYaw 3|-)]^1O 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Eic/#j{4 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 f"q='B9_T\ DzYi>
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7NV1w*>/ F#eZfj~
a,x-akZWf ?d0I*bs)7 7. Czerny-Turner 测量原理 lNowH0K!D j8WnXp_ 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。 cU?A|' yNi/JM
Z\D!'FX <5rp$AzT 5ycccMx0V 8. 光栅衍射效率 Eb{Zm<TP :^j`wd1
h F\F_">5 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。 9'faH 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 UUc{1"z{ 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) !#`
.Mv Z YvL5>; t J
N;WK.6 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd |jH-
bm B ZP}0 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 zs:OHEZw *,q ?mO
|RS9N_eRt DKnjmZ:J| 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 XdjM/hB{fD .w/w]
Eq 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 3&:Us|} n*{aN}auJ
YAQ]2<H ZpvURp,I 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)。 cw|3W] 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 1`J-|eH=Q 0Am&:kX't 应用示例详细内容 s.`:9nj T'B4 3Q 仿真&结果 "c` $U]M% "7}bU_" :s 1. 结果:利用光线追迹分析 f]Z%,'1^ 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Q$_y +[ 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 d"o5uo O?5uCh$H
FFX-kS ~(bY-6z file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd o~<Xc + 2v6fan 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 ;]!QLO.bs^ 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 k8IhQ{@ 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, F|pM$Kd` UgI0
*PE2 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。 #0>??]&r Y1fcp_]m
U|SF;T
. animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms C'$w*^me hS&3D6Gt 3. 衍射效率的评估 Nc;cb 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 /2z, ?,jL =2v/f_
j"=F\S&! 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。 &JMp)zaI[ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd z5.Uv/n\1 X<G"GaL 4. 结果:衍射级次的重叠 SFqY*:svOw 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。 h [*/Tnr 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)。 J]G]
<) 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。 x6yYx_ 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) )&/ecx"2Q 光栅方程: |pLx,#n >,%or cN eka<mq|W k7, }fC= 5. 结果:光谱分辨率 r~rft w u%m,yPU~B
`>ppDQaS)W file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run rfo7\'yk WSEw:pln 6. 结果:分辨钠的双波段 suOWmqLs 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 [G!#y LH}]& >F
|WP}y-Au qAI%6d 设置的光谱仪可以分辨双波长。 KXrZ:4bg z|Y Ms? file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run P;8nC:z L
'ug:ic 7. 总结 c'|](vOd] 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 WwDd62g 1. 仿真 [D%(Y
~2 以光线追迹对单色仪核校。 E P3Vz8^ 2. 研究 [L m 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。 [&(~{#}M: 3. 应用 bW-sTGjRD 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 52,[dP,g 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。 8
$qj&2 N 扩展阅读 wn-1fz<d 1. 扩展阅读 &9Kni/ 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 '3|fv{I ,,G[360 开始视频 ,A%p9 - 光路图介绍 Xb<>AzEM - 参数运行介绍
/\.[@] - 参数优化介绍 .Gt_~x 其他测量系统示例: LvqWA} - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) r'(*# - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 8bJj3vr
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