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测量系统(MSY.0003 v1.1) BF>T*Z-Ki *13g<#$ 应用示例简述
nMLU-C!t LE<:.?<Z- 1.系统说明 .v N)A
* ]Qh[%GD 光源 iOKr9%9?Z — 平面波(单色)用作参考光源 :vw0r` — 钠灯(具有钠的双重特性) u<x[5xH+ 组件 {`($Q$Q1 — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 k>7gy?Y!K< 探测器
b$PT_!d — 功率 7sCR!0 — 视觉评估 &~z+ R="= 建模/设计 8.:B=A — 光线追迹:初始系统概览 ]6jHIk| — 几何场追迹+(GFT+): <Sz>ZIISd 窄带单色仪系统的仿真 E {I)LdAqK 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 6s> sj7 z]'|nX 2.系统说明 #($k 3OA >hHJ:5y
+ZY2a7uI L[`R8n1C 3.系统参数 '#;,oX~5 'm
MA~|y_V Pn~pej5'K : ;|)/ 4.建模/设计结果 n ;Ql=4 :!r9 =N9 em f0sL &*Q|d*CP 总结 WZfk}To1# 9:bh3@r/ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 M!;`(_2 1. 仿真 vo:52tCk}m 以光线追迹对单色仪核校。 Ukk-(gjX 2. 研究 )$2%&9b 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 G1`mn$`kq 3. 应用 Z"teZ0H 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 .=.yZ 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。 ujI 3tsl 6i*ArGA
应用示例详细内容 F'$9en2I: 系统参数 x!Z:K5%O WLg6-@kxXs 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 q/W{PBb-2k Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 L%c]%3A 9,Crmbw8
7I2a*4} /K2.V@T 2. 系统参数 PCV58n3 .{'Uvn 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 [[Jv)?jm (%ri#r
*IMF4x5M i_oro"%yL 3. 说明:平面波(参考) qaCi)f!Dl |!jYv'% 采用单色平面光源用于计算和测试。 w@gl 3iwoMrp
#cSw"A zm;*:]S 4. 说明:双线钠灯光源 ?<>,XyY S*2L4Uj`| z[0LU]b< 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 _D7HQ 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 SoXX}<~E4 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 `JY>v io g%fJyk'
Cn6n4, 0 i5>J 5. 说明:抛物反射镜 "tg\yem ~u~[E Y*5@|Q 利用抛物面反射镜以避免球差。 R%]9y]HQ 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 }Uqa8& KL:6P-3
@^XkU(m }]n>A
V{AH\IV- AK*mcTr 6. 说明:闪耀光栅 C-:SQf yp^[]Mz= ]"2 v7)e 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 +s*l#'Q 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 _($-dJ{ ]U^d 1&k
E
|GK3 / b*6c.o
SG+i\yu$h0 ;I`,ZKY 7. Czerny-Turner 测量原理 l6}b{e ELkOrV~a{: 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 \0^r J1* m|e*Jc
p.TiTFu/ "[".3V Fy(nu-W 8. 光栅衍射效率 [-:<z?(n4 iuU3*yyn QE{;M VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 _1>(GK5[ 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 D?*sdm9r` 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) [WO%rO^p t\|K" W_f"Gk file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd :zn ?<(sQ "e7$q&R
| 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ttAVB{kdo G
&rYz
(61twutC xn x1`|1u 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 cJ(zidf_$ 2t`9_zqLw 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 1UA~J|&gi^ /Y\E68_Fh
Er)_[^)
HG .^`a6>EQ)| 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)。 n.8A
Ka6 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 oN6*WNt J }Cq9{0by?a 应用示例详细内容 W|-N>,G 3EW f|6RI 仿真&结果 A2O_pbQti Zxxy1Fl#.[ 1. 结果:利用光线追迹分析 _F/lY\vm 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ZNH*[[Pf 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 5 dNf$a0E ]x(2}h^S
'*LN)E>d LG@c)H74 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd LOb'<R\p fF-\TW 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 l^eNZ3:H 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 eze(>0\f 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 5t5S{aCDr xP/1@6]_Je 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 f$S
QhK5` m)]fJ_
[sY1|eX animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 3f2Hjk7,d oQjB&0k4 3. 衍射效率的评估 :mtw}H 'F8 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 QVRokI`BF Ccd7|L1
~G^}2#5 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。 T#_n-b> file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ESf7b `tS .]ZuG
4. 结果:衍射级次的重叠 {7~ $$AR( 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。 Jx
;"a\KD 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)。 Md?bAMnG+} 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。 16> >4U:Y 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) jnKM6%z 光栅方程: qfH~h g ${?ex nb$ e}4^N1'd/
0S5C7df ut5!2t$c 5. 结果:光谱分辨率 W*DIW;8p ~md|k
?nSp?m; file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run E+c3KqM |tJ%:`DGw 6. 结果:分辨钠的双波段 MJ/%$ 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ]%Yis=v /uz5V/i0
68GGS`& t-x"( 设置的光谱仪可以分辨双波长。 &?Z)V-1H R6$F<;nw file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run aC
}1]7
DfzUGX 7. 总结 {2clOUi 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 `FB?cPR 1. 仿真 MH8%-UV 以光线追迹对单色仪核校。 HN~4-6[q 2. 研究 ec[[OIO 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。 8EEQV} 4 3. 应用 3jeV4| 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 g2>u]3&W 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。 o3=S<|V 扩展阅读 n@,eZ! 1. 扩展阅读 ;AB ,:* 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 GJt9hDM$0 yxUVM`.~ 开始视频 -qP[$Q - 光路图介绍 S!!\!w>N - 参数运行介绍 f=O>\ - 参数优化介绍 |{IU<o
x 其他测量系统示例: e27CbA{_w - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 8Y~T$Yj^ - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) UVmyOC[Y{
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