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测量系统(MSY.0003 v1.1) 7Ga'FT.F r12e26_Ab 应用示例简述 3uuB/8
-+n?Q; 1.系统说明 D26A%[^O VrKFpFd 光源 gmCB4MO — 平面波(单色)用作参考光源 Ym
wb2]M — 钠灯(具有钠的双重特性) :@,UPc-+ 组件 nXW]9zC"/ — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 ?Lem|zo 探测器 b/UjKNf@ — 功率 Lu[xoQ~I — 视觉评估
txix
= 建模/设计 pW5PF)([ — 光线追迹:初始系统概览 yb-/_{Y — 几何场追迹+(GFT+): "uU[I,h 窄带单色仪系统的仿真 `cqZ;(^ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 M(.]?+ 8]&lUMaqVZ 2.系统说明 @l?2", t_iZ\_8
Dl_SEf6b S^ JUQx7 3.系统参数 HE*P0Yf=
C44*qiG.
EK}QjY[i i; 3qMBVY~ 6gD|QC~; 4.建模/设计结果 C72btS
C<hb{$@ Ts3(,Y `bEum3l\6] 总结 !gG\jC~n b*o,re)Dj 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 K9Bi2/N 1. 仿真 uH8`ipX 以光线追迹对单色仪核校。 mG+hLRTXP 2. 研究 OuU ]A[r 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 Zq>}SR 3. 应用 ppPzI, 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 9Jp"E5Ql) 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 uT{.\qHo 6T=zHFf~ 应用示例详细内容 <=&7*8u0+ 系统参数 :]-? l4(% p>
4bj>Ql 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 :@q9ll`6u Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 g bwg3$!9 me/ae{
7x:j4 .X(ocs$} 2. 系统参数 1@A*Jj[R%
parC~)b_ 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。 ]<\; -i) kn|z
^9I^A!w= kEs=N( 3. 说明:平面波(参考) Ue0Q| h O"x/O#66 采用单色平面光源用于计算和测试。 {T[/B"QZG T+|V;nP.
9@|X~z5E hy|X(m 4. 说明:双线钠灯光源 cP MUu9du B^G{k3]t 1MzOHE 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。 u(|k/~\ 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)。 WS)u{
or 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 mLn =SU{# 2_HPsEx
$\@yH^hL =xX\z\[A 5. 说明:抛物反射镜 ?OPAf4h `;R|SyrX id.W"5+ 利用抛物面反射镜以避免球差。 Epm=&6zf 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。 v`$9;9 ^y"$k
]=g|e 'E,Bl]8C5
'3@WF2a d/ OIc){tD 6. 说明:闪耀光栅 <~Tlx: =}~hbPJM gaJIc^O 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 E$[\Fk}S 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 2JYt.HN :=tPC A=
Z qg(\ b_ |
PaFJw5f 1XO*yZF 7. Czerny-Turner 测量原理 ?%h JZm; 8D:{05 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。 -$4%@Z E#FyL>:.h
[@= [<
_r n]@+<TA<uA }x1mpPND 8. 光栅衍射效率 hqY9\,.C 3HA$k[%7P m!:7ur:Y 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。 \6Ze H 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 va8V{q@t' 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) UG>OL2m>5 G1~|$X@@ v}]x>f file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ?Y'S
/ z[S,hD\w 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ;NRT
a* 5e,Dk0d
685o1c| r<O^uz?Di 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 *ma/_rjK d#a 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 \sC0om, FV$= l
%
WytCc>oL fwAN9zs 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)。 %MP s}B 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 &U xN.vl ?/)5U}*M0T 应用示例详细内容 ;.W0Aa Xt=& 仿真&结果 nHKEtKDd }C7tlA8,7 1. 结果:利用光线追迹分析 =pcj{B{qa 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 n/@/yJ<EFi 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 B;;D(NH \MtiLaI"
e|Sg?ocR <\^X,,WtO file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd
|k/; . Hs=!.tZ, 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 |7`Vw Z 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)。 R~w(] 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, p!aeL}g` BQS9q'u_ 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。 4!k={Pd : 6>H\
[k'Ph33c animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms cfeX(0 DJQ]NY| 3. 衍射效率的评估 U-FA^c; 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 &{]%=stI 3^Yk?kFE
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)v 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。 3Gp4%UT& file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd LDBR4@V Km <Wh= 4. 结果:衍射级次的重叠 m]-8?B1`Y 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。 iQ9#gPk_9 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)。 {my=Li< |