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测量系统(MSY.0003 v1.1) b9g2mWL\T {i>AQ+z61f 应用示例简述 Zpd-ob E:`_P+2p 1.系统说明 \`.v8C>vG Zma;An6 光源 ]&D dy&V — 平面波(单色)用作参考光源 }B%9cc — 钠灯(具有钠的双重特性) b+Q{Z* 组件 9KK^1<46c — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 [3dGHf;miw 探测器 |=5zI6pT — 功率 lz^Vi!|p — 视觉评估 _DR@P(0>_ 建模/设计 >VhZv75 — 光线追迹:初始系统概览 ru:"c^W:[ — 几何场追迹+(GFT+): mJ%^`mrI 窄带单色仪系统的仿真 ^*jwe^ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 u?V}pYX HOi~eX1d 2.系统说明 0MpW!|E[b Up
Z 9g"
\: ZDY(>1 A}"|_&E 3.系统参数 dPO"8HQ #-%D(=&I
Av.`'.b pZ Uy ( {~&] 4.建模/设计结果 Dx\~#$S!= aj|3(2;Kp :E{)yT rvx2{1}I 总结 !bzWgD7j E2l"e?AN~ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 !" FEp 1. 仿真 #0)TS 以光线追迹对单色仪核校。 -qpvVLR, 2. 研究 P|1 D6 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 {^
BZ#)m| 3. 应用 0aq{Y7sYU 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 foPM5+.G 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 5xT, O .NWsr*Tel 应用示例详细内容 Sj)?! 系统参数 wg_Z@iX ka=A:biz 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 k
%{q
q v Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 P:J|![ G;u 6p
<=!t!_ Ag3+z+uS 2. 系统参数 alxIc.[ -^np"Jk 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 EId>%0s5 Gqq<-drR
A+Bq5mik ']Czn._ 3. 说明:平面波(参考) zn'Mi:O'p ZCK#=:ln 采用单色平面光源用于计算和测试。 AN,3[Sh {y|.y~vW
.$f0!`
t ]c\`EHN 4. 说明:双线钠灯光源 %U<lS.i iyR5mA <%4pvn8d?& 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。 ;p,Kq5,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)。 PTpfa*t 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 ko{&~ lh\`9F:
dF|n)+C~R Vs>e"czfm/ 5. 说明:抛物反射镜 3nq4Y' # b3 14 Q>z(!'dw 利用抛物面反射镜以避免球差。 )
[)1 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。 GB*^?Ii ? _[q{i{
P=ubCS' Pr/q?qZY
S>[&] 47&p*= 6. 说明:闪耀光栅 q)"yP\ [7{cf`C Z4k'c+ 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 o3'Za'N. 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 PTF|"^k+
o~x49%X<c
`:gXQmt Q-e(>=Gv_
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6R/{H wWJM./y 7. Czerny-Turner 测量原理 x,<|<W5<% xy^z_` 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。 [TmZ\t!5$ 8$ _8Yva"e
P9gAt4i \`?4PQ kznm$2 b 8. 光栅衍射效率 gGbJk&E 7!g4 `@!5M z|m-nIM VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 j[$+hh3: 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 (7|!%IO. 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) BK foeN)% f!}e*oX zRA,Yi4;+ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd i=`@)E >'{'v[qR[G 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 }\.Z{h:t
? B"Ttr+
CQET 9y;8JO 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 I~>Ye<g# O.'\GM 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 w4;1 (' Kfs|KIQ>=
2PEA<{u *l8:%t\ 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)。 ;
Ne|H$N 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 9>[*y8[:0 u|M_O5^ 应用示例详细内容 /\UFJ 7Ezy-x2h 仿真&结果 4
JDk() E9v_6d[ 1. 结果:利用光线追迹分析 =
GZ,P
( 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 2sahb#e
) 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 'mE!,KeS; FKk.BA957h
TCetd#;R iCh,7I,m file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ibQN
p Iz (2p<I)t 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 q#t&\M.U 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 xPorlX)zW 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, }ujl2uhM ;TTH 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 #Bi8>S xHi.N*~D
`w#p8vR animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms /m(v5v7( %<[U\TL` 3. 衍射效率的评估 )|`|Usn#[ 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 db0]D\ VJ()sbl{k
NX9K%J 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 xJ|_R,>.H file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd We?cRb t p<wMrq< 4. 结果:衍射级次的重叠 \O(~:KN 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 qttJ*zu VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 xfADks2w 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 kP,^c{ 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) [ T!0ka 光栅方程: 5tQZf'pHfd \ICc?8oL ~"}o^#@DwJ @z1pE@7jK y,cz;2 5. 结果:光谱分辨率 <%GfF![v %8$ldNhV
ds;c\x file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run VL2+"< O#72h] 6. 结果:分辨钠的双波段 nC(<eL 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 G e+T[ M"
R=;n
gOLN7K-) uN+]q qCf 设置的光谱仪可以分辨双波长。 :hFKmoy# KuJNKuHa. file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run (L'|n*Cr PB?92py& 7. 总结 =>htX(k} 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 nN5fP<H2x 1. 仿真 "< })X.t 以光线追迹对单色仪核校。 CWa~~h<r- 2. 研究 $(+#$F<eo+ 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。 4=qZ Z>[t 3. 应用 Ld?'X=eQ 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 V_/.]zQA 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。 }*?,&9/_) 扩展阅读 W[<ZI>mf 1. 扩展阅读 s`gfz}/ 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 $Ts;o 6_g:2=6S 开始视频 5
BLAa1 - 光路图介绍 b} FhC"'i - 参数运行介绍 XNJ3.w:R - 参数优化介绍 6u>]-K5 其他测量系统示例: $:RR1.Tv - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) JFFluL=- - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) bs0[ a 1/
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