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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) yZ {H  
    G#V}9l8 Q  
    应用示例简述 L0v& m  
     oV4+w_rrLc  
    1.系统说明 4WK@ap-~  
     tc go 'V  
    光源 n5nV4 61U  
    — 平面波(单色)用作参考光源 G~,K$z/-l  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) 2h<{~;  
     组件 deD%E-Ja  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 $ O1w 6\}_  
     探测器 -7 GF2 @  
    — 功率 q3+G  
    — 视觉评估 +&LzLF.bK  
     建模/设计 )XB31^  
    — 光线追迹：初始系统概览 'b#`)w@/=  
    — 几何场追迹+(GFT+)： O>zPWVwa  
     窄带单色仪系统的仿真 W$&kOdD!$  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 bFivHms  
    w28!Yj1Q  
    2.系统说明 ]Lc:M'V#  
    g+5{&YD  
     E)eRi"a46  
    <+MNv#1:w  
    3.系统参数 wzX 1!?  
    "=cWcztiP  
     L nQm2uF  
    ]+1?T)<!  
    T*,kBJ  
    4.建模/设计结果 C4Pi6.wf  
     F_8nxQ-  
    (kpn"]^'  
     ML6V,V/e  
    总结 K6#9HF'2I  
     z^s40707x  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 OiB*,TWV  
    1. 仿真 t`b>iX%(1t  
    以光线追迹对单色仪核校。 Evd>s  
    2. 研究 Da#|}m0>  
    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。 SHw%u~[hu  
    3. 应用 VGbuEC[Y  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 19)fN-0Z  
    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。 l26DPtWi  
     [al,UO  
    应用示例详细内容 FA 1E`AdU  
    系统参数 ,vBi)H  
     (<ybst6+I  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 [aM_.[bf  
    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。 {^TVZdw  
    EjsAV F [@  
     5pNbO[  
    "y R56`=  
    2. 系统参数 j%%l$i~  
     #J AU5d  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 NB]T~_?]*  
    v:s.V>{"S  
     m?;aTSa  
    \tc`Aj%K  
    3. 说明：平面波(参考) nQ\ +Za==  
    fM jn8.  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 *G"vV>OSV  
    .lMIJN&/  
     =>ooB/  
    'jp nQcwxx  
    4. 说明：双线钠灯光源 @:$zReS2  
    0mB]*<x8  
    ?>lvV+3^`  
     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。 Wc4K?3 ZM  
     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)。 8+Lig  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 owA3>E5t&  
    jd;=5(2  
     L]{ 1"`#  
    {;4AdZk  
    5. 说明：抛物反射镜 ;I'pC?!y  
    `Q!|/B  
    J~z;sTR  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 c1j)  
     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(y^1Nm  
    n8"S;:Zm  
    CFJ F}aW  
    kq6K<e4jO  
     v'`9^3(-  
    Dx/!^L02  
    6. 说明：闪耀光栅 B 95}_q  
    Fy-+? ~  
    *JXiOs  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 DKL< "#.7  
     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 xw-x<7  
    )L#C1DP#  
    _%Ay\4H^\  
    h'wOslyFa  
     4ew|5Zex.~  
    }zVPdBRfm  
    7. Czerny-Turner 测量原理 zECdj'/  
     gkUG*Zw  
    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。  $3](6  
    ShanwaCDqv  
     G.K3'^_  
    \ief [  
    ^=Rqa \;  
    8. 光栅衍射效率 k))*Sg  
    juuBLv  
    za7h.yK}  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 <^VZ4$j  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 "|pNS)  
     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) ~uRG~,{rH  
     :bMCmY  
     G~T]m .  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd MGIpo[  
    2X2,( D!  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 We3*WsX\  
    N m-{$U  
     yv4ki5u`  
    ABEC{3fWpu  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 U:>'^tkp  
    ^z3-$98=A  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 =flgKRKk.r  
    l5S (x Q  
     =9n$ at$l@  
    1QM*oj:  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 fXMVl\ <  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 E!'H,#"P  
    [@[!esC  
    应用示例详细内容 u4B,|_MK  
     d -6[\S#  
    仿真&结果 9}kN9u  
     <Fb3\T L  
    1. 结果：利用光线追迹分析 4*OL^ \%  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 wJh|$Vn  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 HTI1eLZ2  
    ke|v|@  
     V ?3>hQtB  
    }[Uh4k8P  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd e;pVoRI  
     ]9)pFL  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 TCp!4-~,  
     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)。 m}0US;c#f  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ayyn6a8  
    BQ[1,\>  
     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。 'nI2RX  
    2;%DE<Z  
     gs 8w/  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ]CH@ T9d5V  
     {rGq|Bj  
    3. 衍射效率的评估 > ZkcL7t9  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 XETY)<g  
    -h*Yd)  
     6BVV2j)zl:  
    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。 @``kt*+K+  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd tx&>Eo  
     (w]w 2&Y D  
    4. 结果：衍射级次的重叠 MQE=8\  
     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。 `LH!"M  
     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)。 /7*jH2  
     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。 %Rr!I:[ $  
     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) V4qHaG  
     光栅方程： g}IdU;X$NT  
     ?LgR8/Io@5  
    YS,kjL/  
    M$-4.+G  
    u#%Ig3  
    5. 结果：光谱分辨率 xPb;_~  
    m{!BSl  
     L@S"c (  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 5}9-)\8=z  
     [6 wI22  
    6. 结果：分辨钠的双波段 3XY$w&f  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 r\vB-nJ  
       jd l1Q<Z  
    /V~L:0%  
     (U2G"  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 "*laY<E  
    2iI"|k9M  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run "Na9Xea  
    hiaj!&+Q  
    7. 总结 D[ 7K2G+  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 VbM5]UT/  
    1. 仿真 vQ+}rHf`[  
    以光线追迹对单色仪核校。 s6Bt)8A  
    2. 研究 ,.]e~O4R  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 sxgR;gf6  
    3. 应用 ) EEr?"  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 kR^7Z7+#*  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ~D@ V@sX  
    扩展阅读 @<CJbFgJp  
    1. 扩展阅读 jCW>=1:JGY  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 fj0+a0h  
    qt/syF&s  
     开始视频 =/6.4;8  
    - 光路图介绍 Z/q%%(fh 0  
    - 参数运行介绍 H; TmG<S  
    - 参数优化介绍 @M#2T  
     其他测量系统示例： \*LMc69  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) BGOI$,  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ;07!^#:L=Q  
     
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