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测量系统(MSY.0003 v1.1) j>?H^fB ;myu8B7& 应用示例简述 \9i.dF $1\<>sJH
1.系统说明 yi# Nrc5B n4k.tq 光源 >}O1lsjW:z — 平面波(单色)用作参考光源 D/{Tl — 钠灯(具有钠的双重特性) g;v{JB 组件 HC4ad0Gs+{ — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 cGsxfwD 探测器 xHykU;p@ — 功率 O`t ]# — 视觉评估 ,$vc*}yI0 建模/设计 WqY:XE+?\ — 光线追迹:初始系统概览 _ZzPy;[i? — 几何场追迹+(GFT+): dm.?-u;C 窄带单色仪系统的仿真 z=>]E1'RL 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 V)Z*X88:Tv j^iH[pN] \ 2.系统说明 N_q7ip%z >S5D-)VX
SP
HeI@i }%$9nq3 3.系统参数 s.C-II?e =#T6,[5
$hn_4$ Zf]d'oW{/ 8xg:ItJaA0 4.建模/设计结果 _*bXVJ
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!P9`l~MQ (sJ{27b_ r]BB$^@@V 总结 i]hFiX %Dsa
~{ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Iy|]U&`
1. 仿真 faD(,H 以光线追迹对单色仪核校。 `x6 i5mp 2. 研究 X_Y$-I$qd 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 &ks>.l\ 3. 应用 ^"6xE nA] 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ?@_3B]Fs 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 >4~{CXZ ] =>vv;L 应用示例详细内容 dldM hT$ 系统参数 {x2N~1!E 7ou2SL}k 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 RF g$N@g, Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 4y
582u6^ GsqrKrbJ
HX+'{zm] `j4ukOnG 2. 系统参数 ,589/xTA@ GE~mu76% 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 u4z]6?,"e 8"8sI
Om>6<3n ",&}vfD4M 3. 说明:平面波(参考) `9S<E T{sw{E* 采用单色平面光源用于计算和测试。 us`hR!_ 6sQ"go$}
ms;Lu-UR fcJ#\-+E 4. 说明:双线钠灯光源 ,@Ed)Zoh 5IdmKP| Sm+Ek@Ax 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。 \vFkhm 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)。 2$[u&__E 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 C/!2q$ bB)EJCPq>
/=m=i%& # G_j`6v) 5. 说明:抛物反射镜 u@|GQXC w:MfaN* L8 R|\Bx 利用抛物面反射镜以避免球差。 r(cS{oni 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。 p+9vSM # &~$^a1D6
apGf@b [R
A=M
\zj8| + wG^{Jf&@$ 6. 说明:闪耀光栅 n]9y Cr |!57Z4X InPq1AH 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Q6.},o 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 s`H}NjWx TmzEZ<} &7
k*z)AR 3ufUB^@4v
WNd(X} g~10K^ 7. Czerny-Turner 测量原理 jw(v08u > YdE$G>&em 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。 mKxQU0 ` $stJ+uh
lXv{+ic lg1?g)lv ~Qzm!Po, 8. 光栅衍射效率 x8zUGvtQ gfih;i.pY Dyt}"r\ 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。 -f Zm_FE 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ,Y9lp)w 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) 7*@qd& i'`Z$3EF) $+7MY-9T file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd fS!%qr ,pf<"^li 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 AbLOq@lrK dk{yx(Ty
#W!@j"8eK 'y;[
fwo7 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 BhdJ/C^ kS=OX5 10. Czerny-Turner 系统的3D视图
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_E&*JX sl/# 1B 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 \7gLk: 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 a{Tv#P*! =AZ>2P 应用示例详细内容 Jqjb@'i uN6TV*]: 仿真&结果 JsVW:8QO~ `C] t2^ 1. 结果:利用光线追迹分析 oh#6>| 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ETjlq]@j 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 cq@8!Eu w] 3Yg/-=U(
obaJT"1 \gj@O5rG P file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd p0'A\@| 6^UeEmjc 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 -br/ 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 [T~O%ly7x& 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, )Hl;9 V:My1R0 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 M<g>z6 EV2whs2g
5XA6IL|/l animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Xm\tyLY x1Z?x,-D" 3. 衍射效率的评估 u -CY- 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 C x$|7J=O ihf5`mk/$
3EF|1B/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。 &[qLl file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd F~{yqY5]n '$q'Wl) 4. 结果:衍射级次的重叠 & UL(r 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 ZZzf+F)T VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 r$R(4q: 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。 r`B8Cik 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) f=g/_R2$xN 光栅方程: aq,&W
q@ kJHUaXM b\dBt#mB! aL+k1v[m { S4?L8 5. 结果:光谱分辨率 VX2bC(E'% 1ciP+->$
C4TJS,!1rH file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run VU}UK$JN hY/SR'8 6. 结果:分辨钠的双波段 2vu"PeU9 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 pbR84g^p.S OUnt?[U\
>L?/Ph %d @M:j~ 设置的光谱仪可以分辨双波长。 h* h+VM L?4c8!Q file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run +%$!sp? n=L;(jp<j 7. 总结 p,$1%/m 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 a?M<r> 1. 仿真 u23^* - 以光线追迹对单色仪核校。 1LT)%_d@ 2. 研究 K?(ls$ 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。 k]ptk^ 3. 应用 (#X/sZQh 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Pm%ZzU 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。 ZTMzL%i 扩展阅读 P_,f 1. 扩展阅读 kHm1aE< 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 86vk" Pm#B'N#*N| 开始视频 Y>wpla[kUq - 光路图介绍 zp,f} - 参数运行介绍 pj?+cy
v~ - 参数优化介绍 gB71~A{J 其他测量系统示例: v9u/<w68! - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001)
P\*-n" - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) `-qSvjX
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