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测量系统(MSY.0003 v1.1) S/? KC^JP
9I:H=5c 应用示例简述 #
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P%v7(bqL4+ 1.系统说明 $~<);dYu0
BK>uJv-qU 光源
2L~[dn.s — 平面波(单色)用作参考光源 rkdwGqG — 钠灯(具有钠的双重特性) C~.7m-Y W 组件 5sD\4 g)HK — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 %G& Zm$u= 探测器 $:R"IqDG — 功率 #TLqo (/ — 视觉评估 ^@'LF
T) 建模/设计 Q]7Rqs lz — 光线追迹：初始系统概览 }];8v+M — 几何场追迹+(GFT+)： 6e6~82t8/ 窄带单色仪系统的仿真 ]urrAIK 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 t'bzhPQO)f F)mlCGv:R 2.系统说明 85P7I=`*d
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 E"e < 9 jFBL ElE 3.系统参数 A`|OPi)
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t L`%v#R sEj?,1jk 4.建模/设计结果 [:geDk9O#'
"pb,|U  =6Dz<Lq
gw0b>E8gZ& 总结 D }1Z TX_
4@D 8{?$~Q 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Suixk'- 1. 仿真 >}` q4U6$ 以光线追迹对单色仪核校。 v:c_q]z#B 2. 研究 Hn%n>Bnl 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。 DGMvYNKTj 3. 应用 $~xY6"_}!! 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 85U ')LY 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ^lCys
x4jn45]x@ 应用示例详细内容 "wi=aV9j 系统参数 Jrp{e("9
T!.6@g`x> 1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 hX\z93an Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 sM)n-Yy#9 #<20vdc
 d(RSn|[0 0?3Ztd lb 2. 系统参数 RI_:~^nO{r
Zvd^<SP<? 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 mAkR<\?iTF
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 RkVU^N" &D, gKT~ 3. 说明：平面波(参考) "V!y"yQ
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采用单色平面光源用于计算和测试。 #wH<W5gSZ
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 f(Q -W6 7(<6+q2~ 4. 说明：双线钠灯光源 *k:Sg*neVq
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为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 z}v6!u|iZu
双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 PDaD:}9
由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ` z<k7ig
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B d$i%.r W)^0~[`i 5. 说明：抛物反射镜 eC:?j`H -
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利用抛物面反射镜以避免球差。 c?;~ Z
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。 a= *&OW
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 %dMq'j .K>r ao' 6. 说明：闪耀光栅 %;+Q0
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采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 D_fgxl
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 ;`IZ&m $
Y# Pl)sRr
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 ]F[ V6`H dx{ ZG'@aH 7. Czerny-Turner 测量原理 :=u Ku'~
Y@'ug N|[C 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。 KTX; x2r
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 >q0c!,Ay 6 |*em4 ^i}*$ZC72 8. 光栅衍射效率 |7XV! D!\g zb/w^~J _i
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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。 };%l <Ui;
因此，每一个波长的效率可视为独立的。 L7i^?40
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) ?0HPd5=<v
v^_OX $=,  /I@nPH<y file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd /(-X[[V p:]k H 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 NYb eIfL
O+U9 p
 FL -yt rdd%"u+ 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 oW]~\vp^0 ptXCM[Z+ 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 F6 ?4E"d
>% a^;gk(
 #SiOx/ K rNu7/H
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)。 {VOLUC o 4 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 xf/
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F PS ,@ \ 应用示例详细内容 )LE SdX
kqJ \kd 仿真&结果 P )h e3
tjw4.L<r 1. 结果：利用光线追迹分析 c=]z%+,b] 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 F)x^AJi e 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 bL>J0LWQ
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 8t3,}}TJ R<>ptwy file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd % j4
*^]Hqf(` 2. 结果：通过虚拟屏的扫描 bnS"@^M 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)。 E;7vGGf] 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， D;%(Z!  at_~b Ox6X 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。 l*;Isz: FSnF>3kj-
 vvEr}G animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ,U9gg-.Lp
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O Y8 3. 衍射效率的评估 4 \*!]5i 为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 `/en&l Y _qRW. k
G:TM k4 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。 Ys8p,.OMs file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 1p#O(o
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UGEi 4. 结果：衍射级次的重叠 v[efM8 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。 x^_(gve : 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`cYn# 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。 $ f `\TKlN 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+W*vUAw 光栅方程： r=8(n<;Co
IBYRuaEB  @k_xA -a px !lJtvgo rVU::C+- 5. 结果：光谱分辨率 aYIAy]*1e
k"-2OT
 6ybp Pls file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run U j5% 06
Qs24b
6. 结果：分辨钠的双波段 Q2wEt
>0a 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 q cYF& 2 , bo
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R0>GM`{ 设置的光谱仪可以分辨双波长。 6$#p}nE :Osw4u]JXd file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run `?Wy;5- nt$ V H 7. 总结 0 t. '?= 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 :G+8%pUX] 1. 仿真 TiiMX 以光线追迹对单色仪核校。 :_ _z?<?( 2. 研究 [ 0? *J<d 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。 F' eV%g 3. 应用 E3IB> f 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 a`]Dmw8@ 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 扩展阅读 D[d +lq#p 1. 扩展阅读 ]w2nVC 3 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 //9M~qHa" N_AAh D 开始视频 AcF6 p)@_ - 光路图介绍 i vy+e-) - 参数运行介绍 83rtQ ;L - 参数优化介绍 sxac( L 其他测量系统示例： fTn - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) *AEN - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) !U}dYB:O
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