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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) d$#DXLA\P  
    Cd'`rs}3  
    应用示例简述 v18OUPPX  
     vTq [Xe"  
    1.系统说明 ?AYb@&%  
     4H_QQ6  
    光源 yP0XA=,Y  
    — 平面波(单色)用作参考光源 ]CGH )4Pe  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) :]uz0s`>  
     组件 ^ RIWW0  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 e!oL!Zg  
     探测器 xV>sc;PEb  
    — 功率 (g3@3.Kk)  
    — 视觉评估 /33m6+  
     建模/设计 SmCtwcB1  
    — 光线追迹：初始系统概览 @~C C$Y$  
    — 几何场追迹+(GFT+)： ufvjW]   
     窄带单色仪系统的仿真 .kp3<.  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 tf4clzSTa  
    $8WeWmY  
    2.系统说明 i<-a-Z+^  
    Wo7`gf_(  
     oz&RNB.K  
    t-?#x   
    3.系统参数 !P@4dG  
    P 9?I]a)G  
     ra}t#Xt`  
    SdNxSD$Q  
    tKY g  
    4.建模/设计结果 S0H|:J  
     Zy=DY  
    "w{$d&+?ag  
     X6so)1jJ  
    总结 Q9{f'B  
     PasVfC@  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Eu2(#z 6eW  
    1. 仿真 r;@"s g  
    以光线追迹对单色仪核校。 3T~DeqAyw  
    2. 研究 3,)[Q?nKD  
    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。 yM# %UeZ\  
    3. 应用 9\!=i  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 bA\(oD+:  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 C=8IQl[^e  
     VYnB&3 %DF  
    应用示例详细内容 NS){D7T  
    系统参数  & {=}U  
     .\mkgAlyaM  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 bwe)_<c  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 J6gn!  
    _71&".A  
     Mw|lEctN0  
    JQ9+kZ  
    2. 系统参数 8u7QF4 Id  
     7[:?VXQ  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 @YbZ"Jb  
    5,9cD`WR^  
     <z8z\4Hz  
    cK\'D  
    3. 说明：平面波(参考) R{UZCFZ  
    6f)7*j~  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 &Y1RPO41J  
     TUq ,  
     &"d :+!4h  
    Oar%LSkPRz  
    4. 说明：双线钠灯光源 V)]lca  
    A9y@v{txN  
    ";TqYk=-  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 ^f9>tI{  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 =\)76xC20  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 t|C?=:_  
    Q} |0  
     T'a&  
    \-D[C+1(  
    5. 说明：抛物反射镜 J|C CTXT  
    F`CDv5  
    dQ Lo,S8(  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 \qJ cs'D  
     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。 s){R/2O3F  
    vHN/~k#  
    ~!6 I.u  
    {7.uwIW.1  
     #>2cfZ`6'J  
    rge s`&0  
    6. 说明：闪耀光栅 zS '{F>w  
    s8SCEpz  
    Y4N)yMSl"  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ]F #0to  
     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 \6!s";=hQ  
    ge#P(Itz  
    #J~xKyJi'  
    G Q}Rxu]  
     |WSm puf  
    vj"['6Xa  
    7. Czerny-Turner 测量原理 S2?)Sb`  
     B-V   
    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。 W?0u_F  
    (I;lE*>  
     -^t&U] g  
    0>:`|IGnT2  
    +1Pu29B0  
    8. 光栅衍射效率 \wV ?QH  
    GK&R.R]  
    lM.k *`$  
     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> S -50  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 Vk%W4P"l  
     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) +'a G{/J  
     Pt7C/ qM/  
    PMe3Or@  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 5;A=8bryU  
    le2 v"Y  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ?uXY6J"  
    KJ_L>$ ]*  
     XlJ+:st  
    4|NcWpaV7  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 qG0gc\C}  
    5K00z?kD2V  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Mm%b8#Fe!  
    cBU@853  
     =<U'Jtu6'  
    8},fu3Z  
     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)。 c}w[ T  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 \$ :)Ka  
    t}gK)"g  
    应用示例详细内容 4}Hf"L[ l  
     EI@ep~  
    仿真&结果 RMa#z [{0  
     hcQv!!Q"k$  
    1. 结果：利用光线追迹分析 \p\rPf Y{>  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 94.M 8  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 7G_OFD  
    >k(AQW5?  
     D66!C{  
    P> ~Lx  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 6H:EBj54?  
     nG"Ae8r  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 F-Ywl)  
     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)。 q,(hs]\@  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ;MjOs&1f0K  
    ,tuZ_"?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。 1JN/oq;  
    BF]+fs`  
     [?#-JIZ3T  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms U6 H@l#  
     zuvP\Y=V`  
    3. 衍射效率的评估 dNz!2mbO  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 }fz;La:b  
    .,SWa;[iB  
     `Dv &.  
    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。 &r V  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd }Yp]A  
     2LH.If  
    4. 结果：衍射级次的重叠 2graLJ?9Z  
     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。 jI807g+  
     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)。 }C&kzJBEF  
     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。 ow,=M%x"0  
     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) L!kbDbqn  
     光栅方程： O)G^VD s  
     u1 (8a%ZC  
    )"<:Md$7  
    Y ptP_R:2p  
    (1Ii86EP  
    5. 结果：光谱分辨率 +4k7ti1Qb  
    cGe-|>:  
     WhR'MkfL  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 44cy_  
     X !l#1  
    6. 结果：分辨钠的双波段 R8R,!3 N  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 T13Jno  
       x)o`w"]al  
    xGymQ|y84  
     JV9Ft,xk  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 *7 >K"j  
    > v ]-B"Y  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run lDhuL;9e  
    *|k/lI  
    7. 总结 Y/< ],1U  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 HCKj8-*  
    1. 仿真 kc70HrG  
    以光线追迹对单色仪核校。 v"G)G)*z  
    2. 研究 1\+d 5Q0  
    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。 p*]nCUs}n  
    3. 应用 $WK~|+"{>  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 NKb,>TO  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Ie8jBf -  
    扩展阅读 rui]_Fn]I  
    1. 扩展阅读 Se %"C&  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ?AJE*=b  
    >D/+04w  
     开始视频 >R}p*=J  
    - 光路图介绍 w"K;e(S  
    - 参数运行介绍 G8_|w6  
    - 参数优化介绍 yjxv D  
     其他测量系统示例： Vy[ m%sEP  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 4Fpu68y  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) h*\/{$y  
     
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