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测量系统(MSY.0003 v1.1) &.;t dT7 9psD"=/" 应用示例简述 5&\Q0SX(~ o"J}@nF 1.系统说明 Zm^4p{I%o* 2VA\{M 光源 CUaI 66 — 平面波(单色)用作参考光源 AMGb6enl — 钠灯(具有钠的双重特性) 8$BZbj%?hx 组件 b<~\IPY — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 ;*[nZV> 探测器 EQET:a:g — 功率 ECWn/4Aws — 视觉评估 |Qo;=~7 建模/设计 D4?5% s — 光线追迹:初始系统概览 eR4%4gW) — 几何场追迹+(GFT+): qe8dpI; 窄带单色仪系统的仿真 4N|^Joi 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 al.~[T-O+ g@BQ!}_#5 2.系统说明 mx y> ?kqo~twJ
llXyM */ KWq7M8mq 3.系统参数 +1zCb=;!{ NguJ[
{+_pyL *4"s,1?@BG E5(\/;[*` 4.建模/设计结果 fgVeB;k| q-P$ \": fOs"\Y4 B#9rqC 总结 g!;k$`@{E' UE^_SZ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 P$?3\`U; 1. 仿真 ]:m>pI*z. 以光线追迹对单色仪核校。 MQ>.^]B]o 2. 研究 =X6WK7^0 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。 /^v?Q9=Y 3. 应用 ]@)T] 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 -h+=^, 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。 P[6@1 69AgPAv<k 应用示例详细内容 >tTNvb5 系统参数 p_T>"v jkw:h0hX 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 <Hw)},_* 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。 Sp8Xka~5*# 72@lDY4cE
\-3\lZ3qj ns`|G;1vv 2. 系统参数 >Hb>wlYR JQ|qg\[ 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。 *c'nPa$+|S S0?4}7`A
CMI'y(GN gx+bKGB` 3. 说明:平面波(参考) 0IU>KGJ-0s ^wesuW@= 采用单色平面光源用于计算和测试。 Bc%A aZ0x hm#S4/=#
242dT/j u;1/.`NPB 4. 说明:双线钠灯光源
$50rj +oKp>- c 32IO&W4 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。 S |SN3)
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)。 c`:hEQs 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 x:'M\c7 cBICG",TA
(eX9O4 :|hFpLt 5. 说明:抛物反射镜 Wn;B ~ aq-`Bar [NQ\(VQ1c 利用抛物面反射镜以避免球差。 TMt,\gTd 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。 hw[ jVx En&bwLu:s
Lg[v-b=?I $*)??uU
HI}$Z=C (qn ;MN6< 6. 说明:闪耀光栅 >dH5n$Gb @8zp(1. 8o' a 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 eF8!}|*N 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 p#vZYwe=L y/'^r?
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O s3m]rC
urGk_.f M1._{Jw5 7. Czerny-Turner 测量原理 p/V X1* 6qd+E 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 ; n2|pC^ %qA +zPf
y^; =+Z 4}{S8fGk% UA4Q9<>~ 8. 光栅衍射效率 @_0g "Ul oOk.Fq 4-q7o]%5< VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 a!"81*&4# 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 f~Dl;f~H_; 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) +Ux)m4}j 4 !lbwqo 2G"mm( file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd sr\l z}JW ok5
{c 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 i|>K Auhw(b>}TW
bo&!oY# AqVTHyCu 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 gf+Kr02~ p7(xk6W 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 GCrh4rxgg dQ^>,(
z Q
NL){ );$Uf!v4 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)。 \s;]Tg 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 zQxZR}' IoNZ'g?d 应用示例详细内容 ro37H2^Ty +3vK=d_Va 仿真&结果 9A\J*OU uc%75TJ@ 1. 结果:利用光线追迹分析 +8[h& 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。
N`y!Km
对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 [w~teX0! z>k6 T4(
IGql^,b =,-80WNsX file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd iUA2/ A jL8& 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 BmUEo$w 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 JU<<,0 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, `(=)8>|e ?`\<t$M 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。
-N5r[*> OdRXNk:k-j
wias]u| animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 2b1LC!'U O:r<es1 3. 衍射效率的评估 }?*:uf 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 I=f1kr
pR peGXU/5.I
}K"=sE 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。 M0c"wi@S_ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Zi7(lG @Z@yI2#e 4. 结果:衍射级次的重叠 TKoO\\ 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。 %~Nf, 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)。 Gpe h#Q4x 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。 pl fz)x3 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) M/d!&Bk 光栅方程: 2)[81a 5?9}^s4 8Mws?]\/q .h~)|"uzW Wf: AMxDm 5. 结果:光谱分辨率 n{4&('NRFP N@Slc
0
E6)FYz7x file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run [`ttNW(_ qf24l&} 6. 结果:分辨钠的双波段 webT 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 4Iy\
Mqw&%dz'_
1RRvNZW c$uV8_ V 设置的光谱仪可以分辨双波长。 _Seiwk& hC6$>tl file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run !EpP-bq'* Q~-g tEv+& 7. 总结 xO?~@5 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 []LNNO],X 1. 仿真 b GwLfU 以光线追迹对单色仪核校。 &,)9cV / 2. 研究 9^
mrsj 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。 TC R( 3. 应用 Iupk+x> 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 d>vGx 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|++0=#D$ 扩展阅读 R
)?8A\<E 1. 扩展阅读 Pi+,y 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 G e~&Ble Ns1u0$fg 开始视频 '{OZ[$E - 光路图介绍 1YM04*H - 参数运行介绍 ]MB^0:F- - 参数优化介绍 EzG7RjW 其他测量系统示例: .}CPZ3y - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 0Y!Bb2m - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) MR+ndB<
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