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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) hVT=j ?~  
    %|D\j-~  
    应用示例简述 Ry8WNVO}R  
     (2O} B.6  
    1.系统说明 2vh!pez_  
     7'{Yz  
    光源 8CnI%_Su  
    — 平面波(单色)用作参考光源 7+D'W7Yx  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) ~x0-iBF  
     组件 \c9t]py<.h  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 p E(<XD3Q  
     探测器 I7q?V1f u4  
    — 功率 p(x1D]#Z[  
    — 视觉评估 &-8-xw#.  
     建模/设计 RK~FT/  
    — 光线追迹：初始系统概览 r.a9W? (E  
    — 几何场追迹+(GFT+)： Cb@S </b  
     窄带单色仪系统的仿真 _} X`t8Lh  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 _A)_K;cz  
    < ;%q  
    2.系统说明 XC$+ `?  
    0>~6Z  
     #>=/15:  
    MOqA$b  
    3.系统参数 CJ}@R.Zy  
    ?9('o\N:  
     "f&i 251  
    ltr;pc*)  
    :d% -,v  
    4.建模/设计结果 LKqog%,c  
     3|83Jnh  
    ,8J*S  
     :|m~<'g  
    总结 j3rv2W\  
     u6qi  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 G%p!os\>  
    1. 仿真 qh(-shZ4Du  
    以光线追迹对单色仪核校。 e@2Vn? 5  
    2. 研究 -4^@)~Y  
    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。 VI|DM x   
    3. 应用 p=`x  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 vZ nO  
    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。 uDE91.pUkr  
     L$TKO,T  
    应用示例详细内容 k,NU,^ &  
    系统参数 bZOy~F|  
     F&L?J_=  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 7]. IT(  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 y8~)/)l&  
    zIYr0k*%  
     Acq>M^E3  
    WH*=81)zp  
    2. 系统参数 S4:\`Lo-;  
     1M~:]}*<  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 b1,T!xL  
    F{H0 %  
     c7nk~K[6  
    ^`>Ysc(@&  
    3. 说明：平面波(参考) |v %RjN  
    Znl>*e/|  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 u&d v[  
    DHumBnQ  
     i8[Y{a *  
    Pl5NHVr  
    4. 说明：双线钠灯光源 KGE-RK  
    L^al1T  
    %]sEt{  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 VF!kr1n!  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 >/HU'  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 6 9I.*[  
    vkd<l&zD  
     <# x%A0  
    iJKm27 ">  
    5. 说明：抛物反射镜 ;pNbKf:  
    f_P+qm  
    cA*X$j6  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 (zYSSf!I  
     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。 Hv7D+ j8M  
    i!}nGJGg  
    gK#fuQ$hH  
    ZRq}g:  
     CT:eV7<>s  
    QGz3id6  
    6. 说明：闪耀光栅 $*)(8Cl  
    ~CdseSo 9  
    _BLSI8!N@  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 }L7F g%,  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 *DI:MBJY  
    p$o&dQ=n[  
    =|V]8 tN  
    <QW1fE  
     t?H;iBrpxd  
    _DvPF~  
    7. Czerny-Turner 测量原理 |`;1p@w"  
     w@$o  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 ;3?J#e6;  
    FjLv*K[#d  
     M^Ay,jK!  
    YM.IRj2/1  
    j nA_!;b  
    8. 光栅衍射效率 7(USp#"  
    {2*l :'  
    Eno2<<  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 Q2pboZ86  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 T2_#[bk*d  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) {,C8}8 a W  
     yr 9)ga%  
    vyOC2c8  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ^8*SCM_A  
    _3G)S+ 7#  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 l=?y=2+  
    QOy&!6  
     4N=Ie}_`  
    OQ&D?2r  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 DMZ aMY|  
    n*4X/K  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 )MW}!U9G  
    aKzD63  
     |laKntv2  
    =y]b|"s~2  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 &vvx"  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 : It W|  
    ot<o&  
    应用示例详细内容 2m_M9e\  
     ^(JbJ@m/  
    仿真&结果 y-q?pqt  
     SFgIY]  
    1. 结果：利用光线追迹分析 W3/Stt$D  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 v oS"X  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ~teW1lMu(  
    Vg~ kpgB  
     mXM>6>;y  
    ,fJ(.KI0  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd J9c3d~YW  
     tskODM0Zf  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 EAXU{dRV  
     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)。 9v,8OK)  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ftuQ"Ds  
    +F&]BZ  
     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。 %FFm[[nxI  
    <n#V  
     ;C3?Ic  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms `+;oo B  
     rAw1g,&  
    3. 衍射效率的评估 ^J~4~!  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 w} q@VVB%  
    U`_vF~el~  
     ER0#$yFpM  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 J}KktD@!O  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd mg/kyua^  
     .p~;U|h"  
    4. 结果：衍射级次的重叠 =>%%]0  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 cP=mJ1  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ioCkPj  
     0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。  CyDf[C)=  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) /l%qq*Ew  
     光栅方程： % peb{i  
     U (7P X`1  
    Nb^:_0&H@  
    dk`!UtNNRa  
    (w B[ ]O$@  
    5. 结果：光谱分辨率 A@AGu#W  
    tvxcd*{  
     gF5EtdN?|  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run E'6P>6l5  
     bx e97]  
    6. 结果：分辨钠的双波段 yOzKux8kB  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 bY$! "b~  
       T-i]O*u  
    IjAity.Xrq  
     =8_TOvSJ4p  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 k T>}(G||  
    y'/9KrV T  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run "*\3.`Kd  
    j&GKpt  
    7. 总结 Dy@NgHe  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 3h4"Rv=,  
    1. 仿真 &bu`\|V  
    以光线追迹对单色仪核校。 )pa|uH +N  
    2. 研究 Utp\}0GZY  
    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。 /loN Outw  
    3. 应用 Vs"Q-?  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 wVtBeZa  
    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。 0EU4irMa  
    扩展阅读  +@7R,8  
    1. 扩展阅读 7gaC)j&  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 K L~sEli  
    (9|K}IM:  
     开始视频 s>I}-=.(Q  
    - 光路图介绍 JdEb_c3S  
    - 参数运行介绍 >[=`{B  
    - 参数优化介绍 f+AIxSw  
     其他测量系统示例： h(sKGCG  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) $, 42h  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) _lqAxWH  
     
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