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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) hQrsZv:Q  
    4zvU"np  
    应用示例简述 mCP +7q7  
     J};,%q_  
    1.系统说明 %1l80Z  
     #pxet  
    光源 rs)aEmvC  
    — 平面波(单色)用作参考光源 HGMH g  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) Ptxc9~k  
     组件 dEl3?~  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 P bC>v  
     探测器 \d8=*Zpz7  
    — 功率 *" +cP!  
    — 视觉评估  l3 Bc g  
     建模/设计 [1X5r<(W5  
    — 光线追迹：初始系统概览 Tp.iRFFkP  
    — 几何场追迹+(GFT+)： U0=zuRr n  
     窄带单色仪系统的仿真 =Qq^=3@h  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 tWy<9TF  
    @Pg@ltUd  
    2.系统说明 JHOBg{Wg  
    Nv#, s_hG  
     4C*=8oe_  
    m.X+sP-e  
    3.系统参数 L{ ^@O0S  
    YuuG:Kk  
     -s84/E4Y*  
    +m},c-,=$w  
    E^ti !4{<  
    4.建模/设计结果 !!pi\J?sk  
     uw&,pq  
    +=xRr?F  
     e;Z`&  
    总结 _Pm}]Y:_  
     lBC-G*#  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 _ q1|\E%`h  
    1. 仿真 _ o3}Ly}  
    以光线追迹对单色仪核校。 gx.]4 v  
    2. 研究 *g}&&$b0  
    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。 CzbNG^+  
    3. 应用 C\h<02  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 j ZafwBi  
    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。 'Z9F0l"Nr  
     f.CI.aozW  
    应用示例详细内容 $S("- 3  
    系统参数 U Bg_b?k  
     ^@> Qiy  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 CR=MjmH  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 nA j2k  
    |}Lgo"cTC  
     32/P(-  
    IH}L1i A)  
    2. 系统参数 K Hc+  
     <5^(l$IBj  
    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。 .`RC,R`C  
    m^+ ~pC5  
     AXI:h"so  
    "xI[4~'`:  
    3. 说明：平面波(参考) 2"^9t1C2  
    fe/6JV  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 H|O}Dsj  
    v Rs5-T  
     hglt D8,  
    (o\~2e:  
    4. 说明：双线钠灯光源 }aIf IJ  
    'kK%sE   
    WGK::?  
     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。 >c eU!=>  
     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)。 gV;GC{pY  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 &o.SmkJI  
    'h=2_%l@Y  
     6Fb~`J~s  
    !}7m^  
    5. 说明：抛物反射镜 s9>!^MzBK  
    VV0$L=mo  
    :Yqa[._AF  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 7L"/4w  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 G.T1rUh=  
    5K<C  
    7m:,-xp  
    >d\I*"C+d  
     PMcyQ2R->  
    5c8x: e@  
    6. 说明：闪耀光栅 rJ>8|K[kt  
    tAUMSr|?  
    8),Y|4  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 wxxC&!  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 R2@u[  
    a$m?if=  
    J)o%83//  
    ).xWjVC  
     Dl{Pd`D  
    3OlY Ml  
    7. Czerny-Turner 测量原理 5"U7I{\  
     +fN0> @s  
    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。 T~>:8i  
    (n\ cs$  
     [qB=OxH?  
    ^(R gSMuT`  
    Pl4d(2 7  
    8. 光栅衍射效率 /Y:Zqk3  
    p20Nk$.  
    O/Vue  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 4tjRju?  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 p WHu[Fu  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) 6%-2G@6d  
     Ai;Pht9qi  
    R#>E{[9  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd [aC(Ga}  
    tN~{Mt$-W  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Alz#zBGb  
    =[kv@ p  
     S5JnJkNn  
    zPe .  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ln5On_Wm  
    N<x5:f#+  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 J']W7!p  
    XJ"9D#"a>  
     6c:$[owC  
    -SQYr  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 AO6;aT  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 @u^Ib33  
    rk|6!kry  
    应用示例详细内容 M%/D:0  
     ^^m%[$nw&r  
    仿真&结果 $1e@3mzM  
     6x0>E^~  
    1. 结果：利用光线追迹分析 j^gF~ Wz^  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 7Do)++t  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 8Bhng;jX  
    L@wnzt  
     JsV#:  
    ;1KhUf;&F  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd (w*$~p  
     ="`y<J P  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 <FP -]R)  
     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)。 ep5aBrN]"  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ,Gfnf%H\8>  
    x {rt\OT  
     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。 04s N 4C  
    *;Vq0a!  
     m5S/T\,X  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 2}NfR8 N  
     #xmUND`@  
    3. 衍射效率的评估  m ]\L1&  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 z"<PveVo  
    IAfYlS#<yD  
     ;BqX=X+#  
    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。 Th8xh=F[  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd t/3veDh@  
     &c]x;#-y  
    4. 结果：衍射级次的重叠 nJ,56}  
     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。 e"v Eh  
     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)。 G 5)?!  
     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。 vjHbg#0%  
     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) k z#DBh!&  
     光栅方程： \1tce`+  
     txi m|)  
    8w{V[@QLn  
    $1axZ~8sS  
    '!_o`t@  
    5. 结果：光谱分辨率 9`xq3EL2T  
    3}"VUS0wh  
     f~]5A%=cZ  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ^#G>P0mG%  
     c6e?)(V>  
    6. 结果：分辨钠的双波段 ;>PV]0bOm>  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 U*-%V$3+w5  
       0Vg8o @  
    @gZ%>qe  
     e@6}?q;  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 IRpCbTIXK  
    NWKD:{  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run U8moVj8w1  
    hVd63_OO  
    7. 总结 qWWy}5SOm  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 o}[wu:>yk  
    1. 仿真 6ds&n#n  
    以光线追迹对单色仪核校。 cM55 vVd  
    2. 研究 .9`.\v6R  
    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。 Lg'z%pi  
    3. 应用 z8gp<5=  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 g >X!Q  
    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。 EB)0 iQ  
    扩展阅读 f5'+F-`N  
    1. 扩展阅读 NWTsL OIm  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 -`rz[";n  
    ,\Cy'TSz  
     开始视频 ]Fa VKC~3  
    - 光路图介绍 `LNRl'Z m  
    - 参数运行介绍 |`,%%p|T%  
    - 参数优化介绍 f}o`3v*z  
     其他测量系统示例： k+_pj k  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) T;I a;<mfE  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) /H}83 C  
     
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