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测量系统(MSY.0003 v1.1) YZtd IG GWWaH+F[h 应用示例简述 D$NpyF.87 *_}0vd 1.系统说明 #<u;.'R C'Y2kb 光源 !<~cjgdx — 平面波(单色)用作参考光源 /J&DYxl": — 钠灯(具有钠的双重特性) ]0|A\bE\S 组件 ),xD5~_=q — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 '^$+G0jv 探测器 E8p,l>6(f — 功率 V s=o@ — 视觉评估 yg~@}_C2_ 建模/设计 ###>0(n — 光线追迹:初始系统概览 vEGI — 几何场追迹+(GFT+): }owl7G3 窄带单色仪系统的仿真 MQ0rln? 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 CHD.b%_| _G25$%/LU 2.系统说明 39F
e#u P$*Ngt
u-mD" vP? T 3.系统参数 ]H\tz@
& iJmzVR+
5wl;fL~e B##X94aTT #V#!@@c;? 4.建模/设计结果 've[Mx #reW)P> ?N!kYTR%} LGX+_" 总结 OIjSH~a. zZ<* 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 (hQi { 1. 仿真 4udj"-V 以光线追迹对单色仪核校。 rzLW@k 2. 研究
j|!t3}(( 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。 mo(>SnS< 3. 应用 #h4FLF_w 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 P~iZae
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&?)gKL0g ZrZDyXL 应用示例详细内容 eR6vO5to 系统参数 \4C[<Gbx$( U/|JAg# 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 EUQtl_h/H 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。 o;
U!{G(X ;^E_BJm
& 0WQF $60`Hh 4/ 2. 系统参数 VfP\)Rl JEMc _ngR! 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。 uN>5Eh&=Pf vZ.<OD4
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}*i [ 3. 说明:平面波(参考) a'dlAda #Nco|v 采用单色平面光源用于计算和测试。 N@}h 57gt"f
Qx8(w"k* dt+r P% 4. 说明:双线钠灯光源 nb<o o:^ ;+6><O!G Z[ (d7 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。 eNVuw: Q+ 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)。 !U1
vW}H 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 P R3Arfle AovBKB
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/sT?p=[. voN~f> 5. 说明:抛物反射镜 gkA_<,38 "* F`,I3 -GHd]7n 利用抛物面反射镜以避免球差。 ih^FH>@ 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。 ,$>l[G;Bm Vdd
WulyMcJ 3,6f}:CG
=|ODa/2p .SER,],P 6. 说明:闪耀光栅 rVl 8?uy *vuI'EbM s8>y&b. 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ; teM^zyI 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 GJrmK -`* 'p i
T]-MrnO 9 i/
(
<<A#4!f U$& '> %# 7. Czerny-Turner 测量原理 e(|Z<6 =&$z
Nc4h 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 4_U"M@ :W1?t*z:[
7H< IO` .O5V;&, -9,~b9$ 8. 光栅衍射效率 s_VcC_A AguE)I&m vJ^~J2#5 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。 }P.Z}n;Uj 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 A`Y^qXFb` 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) PDuBf&/e D_czUM SM4`Hys;p file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ;..z)OP_ _
s3d$C?B 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 &|#[.ti1 2*z~'i
Xi[]8o {> msE }L 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 !uW*~u _r{H)}9 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 \+O.vRc"M <;PKec
=zK4jiM1 [B)! 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)。 |;wc8; 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 k!0O[U 'A7!@hVy 应用示例详细内容 ^?+[yvq ?8"*B^*Sh 仿真&结果 Jp]?tlT `M6"=)twu 1. 结果:利用光线追迹分析 P7XZ|Td4* 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 bAZoi0LR
对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 W?.469yy &3Zb?
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hbr {jB>]7 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd nWIZ0Nde' /h+ W L 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 W{"sB:E 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)。 \~E?;q! 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, $e7%>*?m xyk%\&"7 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。 7b>_vtrt xj>P5\mW#
2MRd animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms b},2A'X 9efey? z 3. 衍射效率的评估 rx gSQ+G_ 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 L?d?O :kR>wX
iv~R4;;) 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。 j*?8w(! file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd T:@6(_Z nD
BWm`kN 4. 结果:衍射级次的重叠 //2O#Fg{/ 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。 lfHN_fE>Mq 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)。 \DQu!l@1U 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。 {fACfSW6 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) . fja;aG 光栅方程: Z&Ob,Ru A
r]*?:4y[ Lxp}o7>K MrHJ)x"hy :6nD "5( 5. 结果:光谱分辨率 gvuv>A}vJ LVB wWlJ
q8d](MaX file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run kJ5z['4? .8|wc 6. 结果:分辨钠的双波段 p6<JpW5@_ 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 $WIVCp ?0/$RpFEM#
YQN:&Cls hAf/&yA@ 设置的光谱仪可以分辨双波长。 F}u'A,Hc Q&]|W
Xv file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 9Y.(xp &vw !y b06Z\f 7. 总结 #]jl{K\f#X 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 "Wg,]$IvU 1. 仿真 /(JG\Ut 以光线追迹对单色仪核校。 ^\ x'4!W 2. 研究 `#ruZM066 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 GfELL`yz 3. 应用 wPM>-F 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ]%A> swCpn 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Q^f{H. 扩展阅读 dzOco)y 1. 扩展阅读 p$\>3\ 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ~6i'V?> }"T Q\v$ 开始视频 i4|R0>b - 光路图介绍 vWoppt - 参数运行介绍 $@'BB=i - 参数优化介绍 oM!&S'M/ 其他测量系统示例: L=#NUNiXr - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 5FR#CQ - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) OWewV@VXR
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