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测量系统(MSY.0003 v1.1) Z [68ji] xu&
v(C9 应用示例简述 %pTbJaM\U u@==Ut 1.系统说明 ]Ms~;MXlx5 .z+QyNc: 光源 xo^_;(; — 平面波(单色)用作参考光源 |6_<4lmTxF — 钠灯(具有钠的双重特性) XUW~8P 组件 ,:=E+sS
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 (">!vz 探测器 li/O&@g` — 功率 CgEeO,N]j — 视觉评估 BMFpkK9| 建模/设计 IGv>0LOd@ — 光线追迹:初始系统概览 .lTGFeJqZ4 — 几何场追迹+(GFT+): %o^'(L@z 窄带单色仪系统的仿真 /\#qz.c2K 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Kj-:'jzW @iWIgL 2.系统说明 0 B3*\ H}5 T*A_F
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~^Vt)/}Q _NqEhf:8 3.系统参数 9O}YtX2 F Fg0}
siyJjE)}w o`G'E& mjy%xzVr6^ 4.建模/设计结果 =>S5}6 A!iV iX &y ~rn82an@G RQ/X{<lQ) 总结 if^\Gs$ .bnoK 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 #C!8a 1. 仿真 c#CX~ 以光线追迹对单色仪核校。 -Frx {3 2. 研究 9"MC< 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。 x#Hq74H, 3. 应用 J0|/g2%0 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 K6|*-Wo. 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。 9LCV"xgX CE*@CkC0z 应用示例详细内容 7b'XQ/rs 系统参数 S=M$g#X`5 JrCm >0g 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 hnG'L*HooE Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 ^>k [T. 6ng
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WnHf)(J`" 2. 系统参数 P8;|>OLZ) C/
;f)k< 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 q]
,&$d^@ .sjM$#V=
G}f.fRY rxm!'.+ 3. 说明:平面波(参考) ,{:5Z:<| YSv\T '3 采用单色平面光源用于计算和测试。 ?~u"w OH' '+'
P9Rq'u my*UN_] 4. 说明:双线钠灯光源 Ld+}T"Z&M> 5O*.qp? htMpL 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 gpE5ua& 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 Pme`UcE3H 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 ,bJZs-P0 O!/J2SfuDH
=_L"x~0I- `iQyKZS/+ 5. 说明:抛物反射镜 d!w32Y,. QGLfZvTT cWh Aj>?_Q 利用抛物面反射镜以避免球差。 Kw925@W 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 DB%=/ \U OL=IUg"
Rn-L:o@?
C{Aeud #5
1Pn!{ bU3@ }5DyNfZ]+0 6. 说明:闪耀光栅 ?]$.3azO ,n&Dg58K }t"!I\C 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 p3sz32RX 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 tTQ>pg1{qh Vs9fAAXS4
Q"QrbU l2n>Wce9
^@L qYbod+UX 7. Czerny-Turner 测量原理 tEf-BV;\y p[g!LD 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。 bjD0y
cB[ EeL~`$f
e2/[`k=7- w3,QT}W vY kiqq_`66 8. 光栅衍射效率 :vV?Yv%P)n tJ'U<s RZDZ3W(;h VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 I /> .P 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ))306*X\ 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) +a;:7[%& sA}=o.\j: {e>}.R file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd UW)k]@L gzl_
"j 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 :5C9uW# AL,|%yup
}bjTb! t'R&$;z@b 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 `?`\!uP" #!Kg?BR2 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 *3.
] FDpNM\SR1l
Fvi<5v ihs@
'jh 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)。 Wp T.25 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 C2DNyMu MPNBA1s 应用示例详细内容 &hqGGfVsd hM+nA::w 仿真&结果 |)GE7y0Q H:p(C?tk{ 1. 结果:利用光线追迹分析 ><^A4s 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 +| Cvv]Tx1 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 /5zzzaj{ gp(w6:w
=C5[75z#+ k6G23p[9 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd d4A}BTs1 tAYu|\] 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 }7Pd\t G] 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)。 C.(<KV{b 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, ygT,I+7\ /C3=-Hp 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。 &Sc0l/ I"Y?vj9]
iTxn animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms
3nR|*t; C^l)n!fq 3. 衍射效率的评估 kA\;h|Y3 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 2lXsD;[ S.M< (
ZtDHNL 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。 x{RTI#a. file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd +.[#C5 AE^&hH0^ 4. 结果:衍射级次的重叠 WMl_$Fd6 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 'VR5>r VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ?CM,k0 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 |
M-@Qvgh 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) =a7m^e7 光栅方程: | ql!@M(p Z&J417buk *1%=?:$(r6 ,CwhpW\Y p4(- 5. 结果:光谱分辨率 M,y='*\M 4zfgtg(
/sJk[5!z file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run hoSk t_P1a0Zu 6. 结果:分辨钠的双波段 kZF\V7k 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 u%v^(9z uyAhN
qY#*zx WDgp(Av! 设置的光谱仪可以分辨双波长。 ChGwG.-%L zM[WbB+"m file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 1NJ*EzJ~? nLT]'B]$+ 7. 总结 Zad+)~@!tq 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 #v~zf@<KLB 1. 仿真 8> O'_6Joj 以光线追迹对单色仪核校。 :UFf6T? 2. 研究 |%zhwDQ. 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。 _FAwW<S4B 3. 应用 1\zI#"b ^ 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 yHT}rRS8 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@m/l 扩展阅读 .8.ivfmJh 1. 扩展阅读 VVCCPK^< 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 1Kwl_jf <J`_Qc8C 开始视频 V@cRJ3ZF - 光路图介绍 V 9=y@`; - 参数运行介绍 ?V*>4A - 参数优化介绍 `Gsh<.w!7 其他测量系统示例: TpMfk7- - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) EEaKT`/d - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) !M3IuDN
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