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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 正序阅读 楼主  发表于: 2021-11-16
    测量系统(MSY.0003 v1.1) 7rc6  
    rRTAWAs%T  
    应用示例简述 :GXD-6}^|  
     [r_YQ*+ej  
    1.系统说明 x6, #Jp  
     DNP %]{J  
    光源 D!K){ E  
    — 平面波(单色)用作参考光源 q`l&G%  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) y+ZRh?2  
     组件 BCw5.@HK*  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 Dlc=[kf9  
     探测器 yFIB/ln:  
    — 功率 9]ga\>v  
    — 视觉评估 ewo1^&#>  
     建模/设计 1eg/<4]hA  
    — 光线追迹：初始系统概览 JGJXV3AT  
    — 几何场追迹+(GFT+)： W[5a'}OV  
     窄带单色仪系统的仿真 _I("k:E7  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 6#,VnS)`q  
    n9Mi?#xIp  
    2.系统说明 X1 A~#w>  
    ,rvw E  
     x*8lz\w  
    Js`xTH'  
    3.系统参数 2D5S%27,  
    B.wRZDEvc  
     ^ -s'Ad3  
    Im NTk  
    *, /ADtL  
    4.建模/设计结果 FME&v Uh/  
     {uurM` f}:  
    + _=&7  
     (J c} K  
    总结 :UjF<V  
     j@JhxCe1+R  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 O!0YlIvWv  
    1. 仿真 "pb$[*_@$  
    以光线追迹对单色仪核校。 Q(P'4XCm  
    2. 研究 `Qf$]Eoft  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 uXs.7+f  
    3. 应用 }y<p_dZI  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 dQ4VpR9|;  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 F %OA  
      2 EG`  
    应用示例详细内容 >s@*S9cj:  
    系统参数 .hYrE5\-  
     h$#QRH  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 ohK_~  
    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。 2v ^bd^]u:  
    zJp}JO  
     CNC3">Dk~9  
    hXsd12  
    2. 系统参数 %/l9$>{  
     W/(D"[:l%  
    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。 |5uvmK  
    RC_w 1:h  
     1 11s%  
    k7rFbrL Z  
    3. 说明：平面波(参考) $T\W'W R>  
    ~9&#7fU  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 KeU|E<|!  
    g7($lt>  
     AlW0GK=N-p  
    W6. )7Y,  
    4. 说明：双线钠灯光源 _:hrm%^  
    sFqLxSo_I  
    <qG4[W,[  
     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。 Vej [wY-c  
     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)。 "O{_LOJ  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 [>5<&[A  
    !.(Kpcrg  
     Kjw4,z%\94  
    m `"^d #  
    5. 说明：抛物反射镜 \Tf$i(0q  
    pmm?Fq!s=  
    E5a1 7ra  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 'H"wu /#  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 CqMm'6;$a}  
    s@USJ4#  
    mR3)$!  
    R+'$V$g\X  
      %+\ PN  
    hu?Q,[+o  
    6. 说明：闪耀光栅 ) >_xHc?  
    XILB>o.^3  
    |eN#9Bm  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 }ll&qb  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 3AKT>Wy =  
    ~7!=<MW  
    q|An  
    &h(>jY7b;  
     L-B"P&  
    =?o,' n0  
    7. Czerny-Turner 测量原理 _|f1q  
     lSMv9 :N  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 ?hqHTH:PU  
    kEQ1&9  
     AYhWeI+  
    "I[a]T}/  
    U3Fa.bC6}  
    8. 光栅衍射效率 =mVWfFL  
    pbfIO47ZC  
    #xUX1(  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 ,g69?w  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 a`c#- je  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) BZS%p  
     [NG~FwpRf  
    bjn: e!}  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 9CBKU4JQ  
    Hrjry$t/J  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 D-{;;<nIr`  
    9v\x&h  
     dTV4 Q`Z  
    w=NM==cLj  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Nk.m$  
    LtIR)EtB]  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图  ?cG~M|@  
    mLEJt,X  
     d#-scv}s5  
    #$5"&SM  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 PK C}!>2  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Hw0S/ytY  
    XmZs4~\K$G  
    应用示例详细内容 U0ZT9/4  
     \ltbiDP2  
    仿真&结果 iXoEdt)  
     2X X-  
    1. 结果：利用光线追迹分析 u%t/W0xi  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 c-GS:'J{  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 lfJvN  
    >PY Lk{q  
     p*NKM} ]I  
    X-,mNv z  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd D`Cy]j  
      ff;9P5X  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 B*OEG*t  
     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)。 {4F=].!  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， MyZ5~jnr\  
    gLDO|ADni  
     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。 q`Rc \aWB%  
    N*1{yl76x  
     '?Jz8iu-  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms U/#X,Bi~  
     ;aj4V<@  
    3. 衍射效率的评估 #Dz. 58A  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 *'-[J2  
    J16t&Ha`  
     7DZZdH$Fm  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Y 9}ga4  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd kEYkd@ {  
     (v,g=BS,  
    4. 结果：衍射级次的重叠 (y^svXU}a  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 1 u~Xk?  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ip+?k<]z  
     0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 kgb:<{pJ  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) Fa0NHX2:  
     光栅方程： z%q)}$O  
     d)WGI RUx  
    WvoJ^{\4N*  
    !hugn6  
    H3xMoSs  
    5. 结果：光谱分辨率 3j6Am{9  
    $=9g,39  
     ,%T sfB  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run <~bvf A=  
     ii5dTimRJ  
    6. 结果：分辨钠的双波段 l9Av@|  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 @hF$qevX  
       ~]Weyb[ N  
    3E-dhSz:i  
     $xqX[ocor  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 m4on<5s/  
    3Viz0I<%  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run `yYYyB[  
    Z [YSE T  
    7. 总结 Tr.u'b(  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 O~OM.:al&  
    1. 仿真 XY,!vLjL  
    以光线追迹对单色仪核校。 P_.zp5>  
    2. 研究 B!x7oD9  
    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。 ^2`*1el  
    3. 应用 xyrlR;Sk  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 <u}[_  
    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。 n[gc`#7|{e  
    扩展阅读 IMSLHwZ  
    1. 扩展阅读 0i>>CvAl}  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Q"s]<MtdS  
    @M*oq2U;  
     开始视频 $ vBFs]h  
    - 光路图介绍 IP!`;?T=  
    - 参数运行介绍 ]64pb;w"$D  
    - 参数优化介绍 Kut@z>SK  
     其他测量系统示例： w\1K.j=>|N  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 6(/*E=bOKV  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) T2}X~A  
     
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