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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) -]e@FNL  
    FNB4YZ6  
    应用示例简述 pG0Ca](  
     Gp5[H}8K  
    1.系统说明 3Z-N*bhC  
     cO^}A(Ma(  
    光源 HA W57N  
    — 平面波(单色)用作参考光源 W^Z#_{  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) 7PG|e#  
     组件 <QZ X""  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 'awZ-$#  
     探测器 "5@k\?x"  
    — 功率 fx `oe  
    — 视觉评估 b am*&E%0K  
     建模/设计 \CDzVO0^  
    — 光线追迹：初始系统概览 1Z| {3W  
    — 几何场追迹+(GFT+)： R<AT}!mkR  
     窄带单色仪系统的仿真 -&3mOn& (1  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 C#Y_La  
    [yf&]0  
    2.系统说明 DgiMMmpE  
    u{dI[?@  
     AKkr )VgY  
    T>\ r}p  
    3.系统参数 bX*c-r:  
    s!Y`1h{  
     !3 j@gi2  
    m#kJ((~  
    vh">Z4  
    4.建模/设计结果 @h$4Mt7N  
     l S m7i  
    |E =8  
     #HF;yAc  
    总结 u#sbr8Y  
     SB}0u=5  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 z=/xv},  
    1. 仿真 g (:%E  
    以光线追迹对单色仪核校。 %\ef Mhn  
    2. 研究 ="Sa>-d o,  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 >L{s[pLJ  
    3. 应用 etk@ j3#  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 *4oj' }  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 t3b64J[A{  
     ?O!'ZZX  
    应用示例详细内容 vx&r  
    系统参数 ]x<`(  
     eTrIN,4  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 {:m%n-  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 +#IsRiH%>  
    qJ8@A}}8  
     c 6"hk_  
    @+(TM5Ub  
    2. 系统参数 7UzbS,$x  
     1O{x9a5Z?O  
    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。 *'&mcEpg  
    j9XRC9   
     z/&2Se:  
    Nt^9N #+N  
    3. 说明：平面波(参考) FPB O=?H.  
    RCvf@[y4  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 /18VQ  
    pf'-(W+  
     TtZ '~cGR  
    ,b/qcu_|-  
    4. 说明：双线钠灯光源 !0+!%Nr>J  
    zLB7'7oP  
    n,+/%IZ  
     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。 b9(_bsc  
     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)。 G6?+Qz r  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 [LHx9(,NM  
    0s#`H  
     yS)73s/MrY  
    ?z]h Ysy  
    5. 说明：抛物反射镜 kUp[b~  
    rnV\O L  
    ;[ag|YU$Y  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 v|r=}`k=  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 wgeR%#DW  
    n M?mdb  
    }%;o#!<N(@  
    tAM t7p-  
     ",hPy[k  
    MI,b`pQ  
    6. 说明：闪耀光栅 N7b+GqYpF>  
    v[O}~E7'  
    !&k}YF  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 86BY032H  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 ?^< E#2a  
    x=%p~$C  
    rrSsQq  
    }eO{+{D +  
     >5aZ?#TS1  
    uV@#;c4  
    7. Czerny-Turner 测量原理 !ibdw_H  
     P&s-U6  
    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。 \:To>A32  
    ZB5:FtW4  
     "GTlJqhk  
    1zDat@<H  
    (zO)J`z>  
    8. 光栅衍射效率 hPP,D\#  
    !FqJP OGm  
    XmK2Xi;=b  
     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。 5a PPq~%  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 LL}|# %4d  
     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) $@[`v0y*  
     K>tubLYh  
    )5479Eb_  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 4NY}=e5  
    |\lsTY&2  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 8)wxc1  
    /mM#nS  
     j!It1B  
    /5l"rni   
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 J*nQ(*e  
    Fbpe`pS+V  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 xE2sb*  
    /s'7[bSv  
     'K L" i  
    * 7<{Xbsj^  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 AO R{Xm  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 8$+mST'4N  
    g p2S   
    应用示例详细内容 v*.[O/,EBR  
     #s\HiO$BT  
    仿真&结果 cL]vJ`?Ih  
     Q||v U  
    1. 结果：利用光线追迹分析 Q=,6W:j  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Hz*5ZIw  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Em%0C@C  
    &tAhRMa  
     x'4q`xDa  
    ?>p (*  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd &^v5 x"  
     kkyi`_ZKn  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 \ r^#a  
     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)。 #GJ{@C3H8Q  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， d'oh-dj %^  
    +PlA#DZu  
     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。 j.?c~Fh  
    '@ $L}C#OI  
     :"vW;$1 }  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms )2tDX=D  
     EDl*UG83G  
    3. 衍射效率的评估 e2~$=f-  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 pQ_EJX)  
    0gLl>tF[H  
     Skb d'j  
    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。 va`/Dp)M  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd z!M8lpI M  
     A>?_\<Gp  
    4. 结果：衍射级次的重叠 7CK3t/3D  
     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。 F&Bh\C)]  
     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)。 xF#'+Y  
     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。 4R(H@p%+r2  
     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) THVF(M4v  
     光栅方程： &}:]uC  
     u6B,V  
    /S9(rI<'  
    T4M"s;::1  
    ZM6`:/lc  
    5. 结果：光谱分辨率 tyW5k(>  
    |g$n-t  
     c\J?J>xz  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run >!D^F]CH  
     pL& Zcpx  
    6. 结果：分辨钠的双波段 61[ 8I},V  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Q{:5gh  
       u!B6';XY  
    ?ZqvR^  
     )F$<-0pT  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 yx@%x?B  
    |= o)|z2  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 9W7 ljUg  
    g5YDRL!Wh  
    7. 总结 Qf>$'C(7!a  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 @U 6jd4?)  
    1. 仿真 !:GlxmtoW?  
    以光线追迹对单色仪核校。 I<``d Ne9Q  
    2. 研究 SqF `xw  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 f*:DH4g }B  
    3. 应用 Bp7`W:?# "  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 &(Yv&j X  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 xk#q_!(j  
    扩展阅读 vGX}zzto  
    1. 扩展阅读 js$L<^7  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 v>[U*E  
    BM vGw  
     开始视频 wDvG5  
    - 光路图介绍  UZV\]Y  
    - 参数运行介绍 NKSK+ll2  
    - 参数优化介绍 _oILZ,  
     其他测量系统示例： @mJ# ~@*(  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) )Z"  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) GBvgVX<  
     
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