切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • 1506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) 6RSit  
    8{&.[S C7  
    应用示例简述 bVZA f  
    ,a2=OV  
    1.系统说明 r4?|sAK  
    66MUrNW  
    光源 (A?w|/bZd  
    — 平面波(单色)用作参考光源 3:OqD~,zy  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) 9RK.+ 2  
     组件 NOAz"m+o  
    — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 (2 hI  
     探测器 vMJ_n=Vf  
    — 功率 ][8`}ki 1  
    — 视觉评估 fCO<-L9k$  
     建模/设计 9A`^ (  
    光线追迹:初始系统概览 tC=K;zsXpz  
    — 几何场追迹+(GFT+): ^`$-c9M?'  
     窄带单色仪系统的仿真 an Kflt3  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 v(uNqX.BC  
    ;<F^&/a|yQ  
    2.系统说明 bXM&VW?OP  
    ! bwy/A  
    *u[@C  
    NUuIhB+  
    3.系统参数 V72?E%d0  
    NXS$w{^  
    vZqW,GDfXo  
    :hf%6N='kI  
    wr>6Go%  
    4.建模/设计结果 [KW)z#`*  
    0@ vzQ$  
    DoN]v  
    eQfXUpk3@I  
    总结 3?+t%_[  
    *m'&<pg]X  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 w`/~y   
    1. 仿真 $P #KL//  
    以光线追迹对单色仪核校。 9'vf2) "  
    2. 研究 #!(2@N8  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 kFfNDM#D  
    3. 应用 <#./q LSR  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 k~QmDq  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 VAdUd {  
    iQiXwEAi[  
    应用示例详细内容 `0u)/s$  
    系统参数 _Qb ].~  
    K@"B^f0mU  
    1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 Jg.^h1>x  
    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。 {JfL7%  
    1_@vxi~aW_  
    &5%~Qw..  
    j}G9+GX~,  
    2. 系统参数 3Z}KRsp3  
    ~KxK+ 6[ :  
    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。 F]RZP/D`  
    8b25D|8l  
    FlbM(ofY  
    DeQ ZDY //  
    3. 说明:平面波(参考) Q_k'7Z\g$  
    Bv 7os3xb  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 &sJ6k/l  
    b>& 3 XDz  
    fV!~SX6S  
    YgQb(umK  
    4. 说明:双线钠灯光源 TO/SiOd  
    aL8Z|*  
    ;"NW= P&  
     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。 #V@vz#bo=  
     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)。 VF~kjH2>  
     由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 Ece=loV*l  
    byk9"QeY\  
    AFWWGz  
    87R$Y> V  
    5. 说明:抛物反射镜 ^W0eRT  
    &(NxkZp!  
    -Y>QKS  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 WG&WPV/p  
     出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 NV\{$*j(|J  
    fQ f5%  
    O7f"8|=HX  
    I\= &v^]  
    [-nPHmZV[  
    0)9n${P7d  
    6. 说明:闪耀光栅 4CxU eq  
    /Em6+DN>  
    6+SaO !lR  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 3nx*M=  
     通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 ~W_ T3@  
    !*,m=*[3  
    PWS5s^WM  
    d.y-R#F_]  
    i >BQRbU  
    ~mT([V  
    7. Czerny-Turner 测量原理 ]!WD">d:  
    F^cu!-L  
    通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 `OWwqLoeA  
    /)V8X#,  
    8 HD I]  
    2-rfFqpe  
    q=26($  
    8. 光栅衍射效率 ezhK[/E=  
    :MF+`RpL  
    E>YE3-]  
     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。 9gETWz(3I  
     因此,每一个波长的效率可视为独立的。 uh3<%9#\k  
     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) }`_x%]EJ  
    GAlM:>  
    -'j|U[&N\  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd W"5VqN6v  
    KK/siG~O  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ?b?YiK&yz  
    Y-]Ne"+vf  
     SB^xq  
    v(Q-RR  
     由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 #$u7:p [t  
    "lKR~Qi  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 P?<G:]W  
    d-B,)$zE  
    y~py+:_  
    +<sv/gEt  
     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)。 3d(:Y6D)  
     不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 LbnW(wr6:(  
    +\25ynM  
    应用示例详细内容 ZY8:7Q@P>  
    J QA]O/|N  
    仿真&结果 g<Y N#  
    _{?-=<V'_  
    1. 结果:利用光线追迹分析 j2=|,AmC  
     首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 nRheByYm  
     对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 'E4}++\  
    B[ r04YGh  
    '~AR|8q?  
    Z4D[nPm$  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ]Tn""3#1g  
    IkgRZ{Y  
    2. 结果:通过虚拟屏的扫描 6rN.)dL.#N  
     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)。 9+I /bl4  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, Ypx"<CKP}  
    8]xYE19=  
     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。 i?'|}tK  
    )^j62uv  
    8l >Xbz  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms nc.:Wm6Mj  
    oGz5ZDa#  
    3. 衍射效率的评估 Qv1cf  
    为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 qR9!DQc'  
    @8 lT*O2j  
    @ [%K D  
    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。 *fQn!2}=(  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd y*#+:D]o*  
    #E4|@}30`  
    4. 结果:衍射级次的重叠 mD;ioaE  
     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。 m tVoA8(6  
     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)。 oe[f2?-  
     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。 3% O[W  
     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) b-YmS=*  
     光栅方程: -BEd7@?A  
    ? w@)3Z=u  
    R#HX}[Hb  
    ricL.[v9S  
    #S"s8wdD  
    5. 结果:光谱分辨率 Dao=2JB{  
    =JN{j2xY  
    lec3rv0)  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run H}g p`YW:4  
    ;e6- *  
    6. 结果:分辨钠的双波段 _a  zJ>  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 G$;cA:p-j  
       \hg%J/  
    &A~hM[-  
    O[F  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 W:O p\  
    M# cJ&+rP  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run !EGpI@  
    o&>aYlXd  
    7. 总结 xpBQ(6Y  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ZNJ<@K-  
    1. 仿真 > O~   
    以光线追迹对单色仪核校。 ,91n  
    2. 研究 ]E#W[6'VtB  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 t)4] 2z)$  
    3. 应用 sCE%./h]  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 u=7 #_ZC9L  
    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。 y-mjfW`n  
    扩展阅读 nBwDq^  
    1. 扩展阅读 5. +_'bF|  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 8LUl@!4b  
    \w)ddc!ZS  
     开始视频 ym'!f|9AA  
    - 光路图介绍 XC4wm#R  
    - 参数运行介绍 5),&{k!  
    - 参数优化介绍 LR3>_t  
     其他测量系统示例: JthU' "K  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) XHh*6Yt_ (  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) f9vitFkb+  
     
    分享到