切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 1507阅读
    • 0回复

    [技术]Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真 [复制链接]

    上一主题 下一主题
    离线infotek
     
    发帖
    5999
    光币
    24148
    光券
    0
    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-11-16
    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=>]E 1'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 ]  
    c !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$qd  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 &ks>.l\  
    3. 应用 ^"6xE nA]  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ?@_3B]Fs  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 >4~{ CXZ  
    ] =>vv;L  
    应用示例详细内容 dldM h T$  
    系统参数 {x2N~1!E  
    7ou2SL}k  
    1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 RFg$N@g,  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 4y 582u6^  
    GsqrKrbJ  
    HX+'{zm]  
    `j4ukOnG  
    2. 系统参数 ,589/xTA@  
    GE~mu76%  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 u4z]6?,"e  
    8"8sI  
    Om>6<3n  
    ",&}vfD4M  
    3. 说明:平面波(参考)  `9S<E  
    T{sw{E*  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 us`hR!_  
    6sQ"go$}  
    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:M faN*  
    L8R|\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。 mKxQ U0`  
    $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)  
    $+7M Y-9T  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd fS!%qr  
    ,pf<"^li  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 AbLOq@lrK  
    dk{yx(Ty  
    #W!@j"8eK  
    'y;[ fwo7  
     由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 BhdJ/C^  
    kS=OX5  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 <K4'|HU/  
    q| gG{9  
    _E&*JX  
    sl/#1B   
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 \7gLk:  
     不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 a{Tv#P*!  
    =AZ>2P  
    应用示例详细内容 J qjb@'i  
    uN6TV*]:  
    仿真&结果 JsVW:8QO~  
    `C] t2^  
    1. 结果:利用光线追迹分析 oh#6>|  
     首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ETjlq]@j  
     对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 cq@8!Eu w]  
    3Yg/-=U(  
    obaJT"1  
    \gj@O5rGP  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd p0'A\@|  
    6^UeEmjc  
    2. 结果:通过虚拟屏的扫描 -b r/  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 [T~O%ly7x&  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, )Hl;9  
    V:My1R0  
     通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 M<g>z6   
    EV2whs2g  
    5XA6IL|/l  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Xm\tyLY  
    x1Z?x,-D"  
    3. 衍射效率的评估 u -CY-  
    为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 C x$|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。 &[qL l  
    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。 ZTM zL%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  
     
    分享到