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    [技术]Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-11-16
    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  
    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\~#$S!=  
     aj|3(2;Kp  
    :E{)yT  
     rvx2{1}I  
    总结 !bzWgD7j  
     E2l" e?AN~  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 !"FEp  
    1. 仿真 #0) TS  
    以光线追迹对单色仪核校。 -qpvVLR,  
    2. 研究 P|1  D6  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 {^ BZ#)m|  
    3. 应用 0aq{Y7sYU  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 foPM5+.G  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 5xT, O  
     .NWsr*Tel  
    应用示例详细内容 Sj)?!  
    系统参数 wg_Z@iX  
     ka=A:biz  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 k %{q q v  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 P:J|![   
    G;u 6p  
     <=!t!_  
    Ag3+z+uS  
    2. 系统参数 alxIc.[  
     -^np"Jk  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 E Id>%0s5  
    Gqq< -drR  
     A+Bq5mik  
    ']Czn._  
    3. 说明：平面波(参考) zn'Mi:O'p  
    ZCK#=:ln  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 AN,3[Sh  
    {y|.y~vW  
     .$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_  
     W 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) BKfoeN)%  
     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$N  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 9>[ *y8[:0  
    u|M_O5^  
    应用示例详细内容 /\UFJ  
     7Ezy-x2h  
    仿真&结果 4 JDk ()  
     E9v_6d[  
    1. 结果：利用光线追迹分析 = GZ,P (  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 2sahb#e )  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 'mE!,KeS;  
    FKk.BA957h  
     TCetd#;R  
    iCh,7I,m  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ibQN pIz  
     (2p<I)t  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 q# t&\M.U  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 xPorlX)zW  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， }ujl2uhM  
    ;TTH  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 #Bi8>S  
    xHi.N*~D  
     `w#p8vR  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms /m(v5v7(  
     %<[U\TL`  
    3. 衍射效率的评估 )|`|Usn#[  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 db0]D\  
    VJ()sbl{k  
     NX9K%J  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 xJ|_R,>.H  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd We?cRb  
     t p<wMrq<  
    4. 结果：衍射级次的重叠 \O(~:KN  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 qttJ*zu  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 xfADks2w  
     0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 kP,^c {  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) [ T!0ka  
     光栅方程： 5tQZf'pHfd  
     \ICc?8oL  
    ~"}o^#@DwJ  
    @z1pE@7jK  
    y,cz;2  
    5. 结果：光谱分辨率 <%GfF![v  
    %8$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。 Ge+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  
    P B?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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