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 Zemax光学设计实践基础(陈家璧) ZEMAX光学系统设计实战
    讯技光电:VirtualLab Fusion独家供应商 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
    • 1364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
    5734
    光币
    22822
    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) g8&& W_BI  
    7b-[# g  
    应用示例简述 .Jg<H %%f  
     4IB`7QJq  
    1.系统说明 `|"o\Bg<  
     .Wp(@l'Hd  
    光源 }*%=C!m4R!  
    — 平面波(单色)用作参考光源 C" `\[F`.k  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) ^t<L  
     组件 5>CeFy  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 RT'5i$q[  
     探测器 v,N!cp1  
    — 功率 kO^  
    — 视觉评估 i=>`=. ~  
     建模/设计 rGt]YG#C  
    — 光线追迹：初始系统概览 ?wmu 0rR  
    — 几何场追迹+(GFT+)： ZJGIib  
     窄带单色仪系统的仿真 R6>*n!*D@  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 [a$1{[|)  
    L{&1w  
    2.系统说明 hHcevSr  
    _}']h^@ Z  
     d/*EuJYin<  
    HlkjyD8  
    3.系统参数 r z@%rOWV  
    t VX|e2Y  
     cMy?&  
    l,A\]QDvl  
    ]k1N-/  
    4.建模/设计结果 _3f/lG?&-  
     F/A)2 H_  
    WRAv>s9  
     kaEu\@%n  
    总结 /Z#AHfKF  
     n],cs  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 l<sWM$ez  
    1. 仿真 ^( C,LVP<  
    以光线追迹对单色仪核校。 ko!aX;K  
    2. 研究 {"|GV~  
    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。 /n,a0U/  
    3. 应用 biffBC:q  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 P:X X8&#  
    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。 r[j@@[)"  
     T%}x%9VO7  
    应用示例详细内容 ,<OS: ]  
    系统参数 G Wj !n  
     ^MT20pL  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 .:;q8FL/  
    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。 Pm24;'  
    a,M/i&.e`  
     ]Qx-f* D6  
    F>@z&a}(  
    2. 系统参数 S|@ Y !  
     dwzk+@]8  
    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。 u8y('\(  
    ?0s&Kz4B  
     )@.ODW;`  
    0b,{4DOD  
    3. 说明：平面波(参考) Gn10)Uf8X  
    .N#grk)C  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 FEA/}*2F  
    +w@/$datI  
     k}{K7,DM  
    = &U7:u  
    4. 说明：双线钠灯光源 VD=F{|^  
    _j_c&  
    VK4"  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 ~BI! l  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 y=}a55:qE  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 #xrE^Txh  
    (W`=`]!  
     D4GXZX8 K  
    cXOb=  
    5. 说明：抛物反射镜 )#cGeP A  
    'DH_ihZ  
    Dw2$#d  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 =(5}0}j  
     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。 qSL~A-  
    C1~Ro9si  
    TUO#6  
    !r0 z3^*N  
     cFG%Ew@  
    opxPK=kJ  
    6. 说明：闪耀光栅 SRk-3:  
    kI$X~s$r  
    s0'Xihsw6  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 \6Hu&WHy  
     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 }*0*8~Q'5  
    gB#$"mq,  
    zd [cp@  
    TWQ{, B  
     V6 ,59  
    r|7hm:F)  
    7. Czerny-Turner 测量原理 UBy:W^\g  
     iW <B1'dp  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 /F @a@m|  
    D&&11Iz&  
     R:DW>LB  
    6~Xe$fP(  
    E|^~R}z)  
    8. 光栅衍射效率 nbz?D_  
    ~4~>; e  
    mh`VZQ@  
     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。 -n$fh::^  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 0IjQqI  
     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`^QE  
     Y3I+TI>x  
    -T-h~5   
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd o%A@ OY  
    WAcQRa~C  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 M3dNG]3E  
    G@QZmuj&KH  
     Tp/+{|~  
    $ V"7UA22  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 EGyQ hZ mO  
    "n@=.x  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 l*yJU3PW  
    /CN^">|_  
     %@jv\J  
    } Pc6_#  
     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)。 {*%'vVv+  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 vg1p{^N !  
    52#@.Qa  
    应用示例详细内容 Ye_)~,{,p  
     }3!.e  
    仿真&结果 b9([)8  
     4o2 C=?@(  
    1. 结果：利用光线追迹分析 ghiFI<)VY  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 %+9Mr ami  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 '&}B"1  
    @[S\ FjI  
     |&TRN1  
    D|n`9yv a  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd /Et:',D  
     >g6:{-b^a  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 =GjxqIv  
     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)。 ~>ACMO  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， PZ;O pp  
    /\_ s  
     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。 j=d@Ih*  
    *Ta*0Fr=9|  
     ,.f GZ4  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms gKS0!U  
     M(S:&GOU  
    3. 衍射效率的评估 mi3yiR  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 nK6{_Y>  
    j4Cad  
     |k+Y >I&  
    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。 y)!K@  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd K$\]\qG6  
     4>>d "<}C  
    4. 结果：衍射级次的重叠 qMz0R\4  
     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。 V5RfxWtm:  
     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)。 6P!M+PO  
     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!@,rKd   
     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) #G^?4Z a  
     光栅方程： Ssr P  
     vh+Ih Gi  
    }} l04kN_  
    ? S>"yAoe  
    t8 #&bU X  
    5. 结果：光谱分辨率  #IyxH$  
    rRL:]%POT  
     &B7X LO[  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run HkEfBQmh  
     {cKKTDN  
    6. 结果：分辨钠的双波段 !5Kv9P79  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 4?,N;Q  
       hIC$4lR~  
    a%sr*`  
     PSNrY e  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 S!k cC-7  
    NS;,(v{*N  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run SV}I+O_w  
    sUcx;<|BC  
    7. 总结 uJm9h(xq  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 c63DuHA*C  
    1. 仿真 zVYX#- nv  
    以光线追迹对单色仪核校。 )avli@W-3j  
    2. 研究 DnP>ed"M!  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 HkD6aJ:kA!  
    3. 应用 gyJ$ Jp  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性  =h\,-8  
    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。 @]t}bF]  
    扩展阅读 )&<BQIv9/  
    1. 扩展阅读 JV Fn=Mw  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Qq(/TA0$-  
    6+e@)[l.zc  
     开始视频 $3|++?  
    - 光路图介绍 1p<m>s=D=e  
    - 参数运行介绍 I8)x 0)Lx  
    - 参数优化介绍 >Q#_<IcI  
     其他测量系统示例： r'uD|T H  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 1j "/}0fx  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) |[;9$Vn  
     
    回复
    举报
    分享到
    发帖 回复
    返回列表