切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 1427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
     
    发帖
    5786
    光币
    23082
    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) %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 _$"qC[.  
    @)iv'   
    -nG3(n&wB  
    S~`& K  
    总结 MId\ dFu  
    %(b`i C9  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 <'QH e4  
    1. 仿真 r'fNQJ >  
    以光线追迹对单色仪核校。 r?d601(fa  
    2. 研究 pU)wxv[~  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 elXY*nt8h  
    3. 应用 Y;S+2])R2  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 }Tn]cL{]C  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 72} MspzUt  
    z7F~;IB*u  
    应用示例详细内容 /kyuL]6  
    系统参数 d;|Pp;dc  
    KcP86H52I  
    1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 z (rQ6  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 =kohQ d.n  
    zLue j'  
    ihKnZcI$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 em<(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  
    =9FY;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> E:*  
    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  
    BZP}0  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 zs:O HEZw  
    *,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'B43Q  
    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$H  
    FFX-kS  
    ~ (bY-6z  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd o~<Xc  
    + 2 v6fan  
    2. 结果:通过虚拟屏的扫描 ;]!QLO.bs^  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 k8IhQ{@  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, F|pM$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&3D6G t  
    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。 /2 z, ?,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"Ga L  
    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~rftw  
    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:zL  
     '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  
     
    分享到