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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) X "Q\MLy  
    sO8F0@%aH(  
    应用示例简述 Ca#T?HL  
     jUrUM.CJ\N  
    1.系统说明 4-W~ 1  
     #c`/ f6z  
    光源 | =tGrHL  
    — 平面波(单色)用作参考光源 QT[4\)  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) r5PZ=+F  
     组件 ;~Q`TWC  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 MZdj!(hO  
     探测器 PS`F  
    — 功率 {R5_=MG  
    — 视觉评估 w)"F=33}5  
     建模/设计 z KNac[:  
    — 光线追迹：初始系统概览 O\}w&BE:h  
    — 几何场追迹+(GFT+)： E&> 2=$~  
     窄带单色仪系统的仿真 MQl GEJ  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 H8qWY"<Vd  
    #e&LyYx4  
    2.系统说明 8l>YpS*S^  
    X-cP '"  
     /Ca M(^W   
    MUMB\K*$  
    3.系统参数 \}; 4rm}V  
    k~=P0";  
     3PaMq6Ca  
    G( #EW+  
    *!`bC@E  
    4.建模/设计结果 Fuo.8  
     Xb1is\JB  
    L.% zs  
     {5JYu  
    总结 8FgF6ip  
     M#xol/)h  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 )wk9(|[o  
    1. 仿真 s"X0Jx}  
    以光线追迹对单色仪核校。 SHqz &2u  
    2. 研究 kjOI7`DU  
    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。 M0woJt[&  
    3. 应用 r9~IR  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 - *xn`DH  
    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。 8FQNeQr  
     JgcMk]|'  
    应用示例详细内容 +"PME1  
    系统参数 >,n K  
     68nPz".X  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 XknbcA|  
    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。 KqWO9d?w.  
    5[H1nC @C  
     $A>]lLo0  
    k j&hn  
    2. 系统参数 &}VVr  
     ?nD]p!  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 dSbz$Fct  
    ^aY,Wq  
     p}q]GJ  
    a-9sc6@  
    3. 说明：平面波(参考) 8!7`F.BX  
    %wIb@km  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 sh}eKwh  
    aY\(R02B  
     Enqs|fkbN  
    G[Jz(/yNH  
    4. 说明：双线钠灯光源 6v&@Rlg  
    _sF Ad`  
    T$tO[QR/  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 !FeNx*31i  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 b&.3uls6  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 lF)k4 +M  
    &a";jO GB  
     &e5,\TQ  
    V#V<Kz  
    5. 说明：抛物反射镜 T@Th?  
    Z%7X"w  
    Ej'N !d.  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 fs*OR2YG7  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 1yjP`N  
    1K[y)q  
    S5wkBdr{  
    jYsg'Rl  
     3s Mmg`  
    %DhLU~VX  
    6. 说明：闪耀光栅 PfJfa/#pA  
    p i\SRDP  
    iU4Z9z!  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 p.!p6ve){  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 VBe&of+  
    gdG#;T'  
    ~lH2# u>g  
    _ Zzne  
     n)R[T.E)+  
    i&JI"Dd7  
    7. Czerny-Turner 测量原理 {D4N=#tl  
     N~9zQ  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 ]}nX$xy  
    fnudy% oo  
     pe-%`1iC0>  
    WsR4)U/]v  
    ^-7-jZ@jz  
    8. 光栅衍射效率 x!A5j $k0  
    eLk:">kj  
    nLBi} T  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 .,gVquqMY  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 \D}$foHg  
     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) g (V_&Y  
     5z"[{ #/  
    ]VK9d;0D  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd "I JcKoB  
    lsB.>NlU  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 KL8WT6!RZ  
    ;;n=(cM|z  
     FO?I}G22  
    2w /qH4  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 A9M/n^61  
    Cj# ?Z7}z  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 #L xfE<^  
    q4ej7T8  
     :*)b<:4  
    [N1[khY`  
     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)。 z. xRJ  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 _O"C`]]  
    fh@/fd  
    应用示例详细内容 zM<yd#`yt8  
     &A~(9IV  
    仿真&结果 &Ef6'  
     8:}$L)[V  
    1. 结果：利用光线追迹分析 %)j^>W5  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 +g8uV hC  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 1xMD )V:  
    Oa -~}hN  
     {aWfD XB1  
    sys;Rz2  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Axx{G~n![  
     Zz56=ZX*_  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 jp+#N pH  
     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)。 QlWkK.<Z3_  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， o@:u:n+.  
    uCGn9]  
     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。 gPr&9pHU  
    5c3&4,,eR  
     LX iis)1  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms &^@IAjxn  
     <N\#6m  
    3. 衍射效率的评估 d,%@*v]S  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 w}Xy;0c  
    _D."KU|  
     v@ OM  
    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。 ~n!7 ?4%U  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd u"M^qRhD  
     wfc+E9E  
    4. 结果：衍射级次的重叠 %~YQl N  
     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。 ED R*1!d  
     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)。 i+B tz-  
     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。 )J!=X`b  
     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) px.]m-  
     光栅方程： 8rgNG7d  
     sK`pV8&xq  
    [[d@P%X&  
    E 9n7P'8  
    &1,qC,:!  
    5. 结果：光谱分辨率 3W}xYYs] ^  
    Wy,Tf*[  
     vCtag]H2@  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Y([vma>U]  
     ]mmL8%B@_  
    6. 结果：分辨钠的双波段 YfOO]{x,X  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 jYJfo<  
       OL)M`eVQ'  
    b-,]21  
     &y=~:1&f  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 L[9]Ez$2+  
    OQZ\/~o 5  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 5T;,wQ<  
    Cn(0ID+3f  
    7. 总结 [!E~pW%|n  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 *FEY"W+bY  
    1. 仿真 >VWH bo  
    以光线追迹对单色仪核校。 _"#ucM=B:-  
    2. 研究 !t 92_y3  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 nFfwVqV  
    3. 应用 w/m ~#`a  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 4`+hX'  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 K# dV.  
    扩展阅读 y1:#0  
    1. 扩展阅读 kKg%[zXS  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 SZQ4e  
    27Ve$Q8]v  
     开始视频 x9!vtrM\Zr  
    - 光路图介绍 N/fH%AtM  
    - 参数运行介绍 Z*(lg$A9 M  
    - 参数优化介绍 sS|N.2*  
     其他测量系统示例： &Kgl\;}  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) *T'>-nm]  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) saaN$tU7  
     
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