切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
    • Zemax光学设计从入门到精通 Zemax光学设计从基础到实践 Zemax光学设计实践基础(陈家璧) ZEMAX光学系统设计实战
    讯技光电:VirtualLab Fusion独家供应商 光学设计与光学元件 CODE V,LightTools,RSoft,LucidShape 计算光学带来的成像革命
    发帖 回复
    返回列表
    • 1562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
    科学家
     
    发帖
    6220
    光币
    25245
    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) E'$r#k:o  
    qSMST mnQ  
    应用示例简述 kAf:_0?6  
     YmHn*N}:U  
    1.系统说明 &oYX093di  
     ~LHG  
    光源 ?D\6CsNp(2  
    — 平面波(单色)用作参考光源 v%V$@MF  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) npz*4\4  
     组件 R3&W.?C T  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 G F,/<R#  
     探测器 hti)<#f  
    — 功率 R#Id"O  
    — 视觉评估 Tm[IOuhM'?  
     建模/设计 T\b e(@r  
    — 光线追迹：初始系统概览  F[115/  
    — 几何场追迹+(GFT+)： uFb&WIo1  
     窄带单色仪系统的仿真 Q9X_aB0  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 KCDEMs}}zM  
    3yDa5q{  
    2.系统说明 bKmR &  
    "m _wYX  
     N4}/n  
    hI;tB6  
    3.系统参数 ~0|Hw.OK  
    n'1pNL:  
     o{?s\)aBa  
    (m=-oQ&Ro  
    Gu|}ax"  
    4.建模/设计结果 %ztCcgu*  
     CG@ LYN  
    XJC|6"n  
     -JaC~v(0  
    总结 QgC  
     ; @-7'%(C  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 8"LvkN/v^  
    1. 仿真 U=QV^I Qm  
    以光线追迹对单色仪核校。 9EK5#_L[=  
    2. 研究 'F?T4  
    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。 %rzC+=*;  
    3. 应用 i(2s"Uww,  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 @.a[2,o_  
    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。 O]~cv^  
     w=s:e M@  
    应用示例详细内容 {XC# -3O  
    系统参数 "D2 `=D!+  
     siZw-.  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 cMsm[D{b  
    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。 hoD (G X  
    ; ob>$ _  
     +tkDT@ `  
    0j7W\'!t  
    2. 系统参数 35?et-=w  
     H.hF`n  
    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。 >pbO\=j]X  
    <6)Ogv",  
     z^T/kK3I  
    Qn ME|j\  
    3. 说明：平面波(参考) Z[R E|l{  
    [, 3o  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 (2[tQ`~  
    {k%*j 4  
     A/|To!R  
    f6j;Y<}' g  
    4. 说明：双线钠灯光源 )AEJ` xC  
    h<f_Eo z-a  
    Waj6.PCFm  
     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。 %# ?)+8"l  
     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)。 D kl4 ^}  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 MxD,xpf  
    -uIu-a]  
     fr#Y<=Jo  
    2%'{f  
    5. 说明：抛物反射镜 ARGtWW~:  
    J70#pF  
    --4,6va`e  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 P%A;EF~ v  
     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。 p#wQW[6  
    'c*Q/C;  
    /bv1R5  
    xeF0^p7Z  
     @e8b'w3  
    RZ-=UIf  
    6. 说明：闪耀光栅 y[:\kI  
    dl mF?N|EC  
    "j;"\i0  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 +F.{:  
     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 [nZf4KN  
    5ltEnvN  
    `U?" {;j {  
    1O]'iS"  
     2#1"(m{  
    dmI~$*  
    7. Czerny-Turner 测量原理 [-5%[ty9X  
     OC34@YUj[  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 @M-i$ q[4  
    v._Q XcE  
     }'L7<_  
    Fk=Sx<TX  
    `2-6Qv  
    8. 光栅衍射效率 1BK!<}yI{  
    :FB-GNd  
    U l8G R  
     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。 v|fA)W w  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 go >*n\  
     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) N^</:R  
     R+{QZ'K.qg  
    g@0<`g  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd )r2$!(NQ  
    /e5' YVP  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 }MQNzaXY^  
    (mbC! !>  
     _ 3@[S F  
    g~E N3~  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 cj K\(b3  
    -' :;0  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 m}Xb#NAF8  
    @uA=v/>+  
     c=d` DJ  
    RN:VsopL  
     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)。 )S?.YCv?  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 SB~HHx09  
    m8M2ka  
    应用示例详细内容 1i=lJmr  
     ^4MRG6G  
    仿真&结果 Ac^hZ.qPz  
     QIl=Ho"c  
    1. 结果：利用光线追迹分析 )/4eT\=  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 CCoT  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 C_> WU   
    ?e=3G4N  
     m\*;Fx  
    <&w(%<;  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd s Zn@ye^  
     oZ]^zzoEcg  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 t =LIkwD  
     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)。 hk*@<ff  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， iA.:{^_)09  
    up_Qv#`Q  
     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。 ZG(.Q:1  
    e^!>W %.7Z  
     D[jPz0  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ,:[\h\5m  
     q,;8Ka )  
    3. 衍射效率的评估 (1%O;D.*?{  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 w-{a>ZU0  
    &VPfI  
     #(pY~\  
    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。 o|7ztpr  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd M{GT$Q  
     Pzt 5'O@dA  
    4. 结果：衍射级次的重叠 $sILCn  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 C[ma!he  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 E;1QD/E$  
     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。 WRCf [5  
     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) DhVO}g)2#  
     光栅方程： D( \c?X"  
     e^=b#!}-5:  
    } "QL"%  
    62.)fCQ^  
    hQb3 8W[  
    5. 结果：光谱分辨率 ,gO(zI-1  
    TI5<' U)  
     F[q)ME+`)  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run YMG~k3Yb  
     e6`g[Ap  
    6. 结果：分辨钠的双波段 MSqW {  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 4s@oj  
       QnJd}(yN  
    fK/|0@B8  
     o? LJ,Z  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 $V870 <  
    b3NEYn  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run =D3K})&  
    r=gF&Og,?  
    7. 总结 @1vpkB~ w  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 4k_y;$4WN  
    1. 仿真 he! Uq%e  
    以光线追迹对单色仪核校。 Vi=u}(*  
    2. 研究 a7U`/*  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 yedEI[_4  
    3. 应用 S*l=FRFI  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 #O1%k;BL  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 dy.U;  
    扩展阅读 _aP 2gH  
    1. 扩展阅读 ]?*'[  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 {i"t h(J$  
    3D-VePM=`  
     开始视频 XXg~eu?  
    - 光路图介绍 fB= j51Lw  
    - 参数运行介绍 ]KM3G  
    - 参数优化介绍 HVz|*?&6  
     其他测量系统示例： g/+|gHq^  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) U|~IJU3-  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) yPoa04!{=  
     
    回复
    举报
    分享到
    发帖 回复
    返回列表