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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: 2023-04-11
    测量系统(MSY.0003 v1.1) )2KQZMtgm]  
    ,rT62w*e  
    应用示例简述 /l-lkG5  
     s)ymm7?  
    1.系统说明 a,3} o:f  
     Ly1V@  
    光源 \*Ro a&<!  
    — 平面波(单色)用作参考光源 2yk32|  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) h0ufl.N_%  
     组件 =Jd ('r  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 I^*&u,  
     探测器 O)78 iEXi|  
    — 功率 G:NI+E"]  
    — 视觉评估 hce *G@b  
     建模/设计 <RfPd+</  
    — 光线追迹：初始系统概览 #;59THdtPk  
    — 几何场追迹+(GFT+)： pBV_'A}ioh  
     窄带单色仪系统的仿真 c|8[$_2  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 / E~)xgPM<  
    WZ @/'[  
    2.系统说明 Fp52 |w_  
     :feU  
     al<[iZ  
    E^z\b *  
    3.系统参数 ^a&-GhX;  
    GMqeC  
     42X N*br  
    }!=}g|z#|  
    :td#zM  
    4.建模/设计结果 $\BRX\6(-  
     ,f ..46G  
    v0762w  
     es}j6A1  
    总结 V7}5Zw1  
     }TjiYA.  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 7#K%Bo2pG  
    1. 仿真 <T?H H$es)  
    以光线追迹对单色仪核校。 "J|_1!9  
    2. 研究 WqX#T  
    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。 Vsh7>|@  
    3. 应用 vK\n4mE[,  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 5ve4u  
    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。 ts BPQ 8Ne  
     \LX!n!@  
    应用示例详细内容 |DAe2RK  
    系统参数 KUs\7Sb  
     %Z|]"=;6  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪  wfr+-  
    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。 3QlV,)}  
    r83chR9  
     9GdQ$^m  
    9Yih%d,  
    2. 系统参数 gG;d+s1  
     N<bNJD}  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 OnGtIY  
    d5?"GFy  
     3m1]Ia -9  
    #$trC)?~q  
    3. 说明：平面波(参考) @@$%+XNY  
    @.T w*t  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 JN;92|x  
    Gt{'` P,&9  
     !Gwf"-TQ  
    @R+bR<}]  
    4. 说明：双线钠灯光源 d0(GE4+/  
    ISo{>@a-  
    DtBIDU]  
     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。 4}nsW}jCc  
     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)。 v/%q*6@  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 .;6G?8`  
    `? ayc/TK  
     W!a~ #R/r-  
    6MC*2}W  
    5. 说明：抛物反射镜 xJ"CAg|B  
    .F'fBT` $  
    % I]?xe6  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 f3h&K}x  
     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。 R#Z1+&='  
    hv xvwV1  
    s^_E'j$  
    #k%3Ag  
     nU"V@_?\  
    -la~p~8  
    6. 说明：闪耀光栅 c"+N{$ vp  
    V'h O  
    xN t  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 x/$s:[0B#  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 Ty]/F+{  
    SU, t,i  
    Qi^MfHW  
    w;$@</  
     0D1yG(ck  
    Xq&x<td  
    7. Czerny-Turner 测量原理 YBgHX [q  
     g j`"|  
    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。 D5X;hd  
    U5mec167  
     ~Z5?\a2Ld  
    T6f{'.w  
    uh`@qmu)  
    8. 光栅衍射效率 u!2.[CV  
    n5_r 3{  
    pj,.RcH@o  
     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。 ;% *e}w0  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 v>Il #  
     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) ]>@; 2%YvY  
     <p(&8P  
    :=04_5 z  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd iUh_rX9A"  
    6wzF6] @O  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 xM%E;  
    $4kc i@.  
     R~b9)  
    -5\aL"?4  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ;?;D(%L  
    CGg:e:4  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 K G~](4JE(  
    h~elF1dG  
     xtjTU;T  
    :5?ti  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 > c7/E  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 t; n6Q0  
    # RJy  
    应用示例详细内容 l3}n.ODA  
     i`r,B`V`08  
    仿真&结果 "}K/ b  
     k`js~/Xv  
    1. 结果：利用光线追迹分析 +nd'Uf   
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 1 7{]QuqNF  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 :=~%&  
    S^)r,cC  
     *D<S \6=  
    h. i&[RnX  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd zx(j6  
     4PiNQ'*  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 [CPZj*|b  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 C?rL>_+71  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， RYE::[O7  
    |[K7oa~#  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 `P/*x[?  
    QY+#Vp<`  
     kRiWNEw  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms V@>?lv(\  
     `1EBnL_1  
    3. 衍射效率的评估 e%bER ds  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 CX':nai  
    %~p_bKd~  
     e+y< a~N  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 * {4cc  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Ef,@}S  
     @hzQk~Gdi  
    4. 结果：衍射级次的重叠 3!Qt_,  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 MVt#n\_BZV  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 a #@Q.wL  
     0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 8.pz?{**T  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) +8^9:w0}  
     光栅方程： YfMe69/0I  
     F5 LQgK-z  
    .yTk/x ?  
    Od&M^;BQ  
    K+v 250J$-  
    5. 结果：光谱分辨率 2)j\Lg_M  
    \)M 5o  
     ,Qyz2- w  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run !-.-!hBN  
     ePs<jrB<  
    6. 结果：分辨钠的双波段 ;g*X.d  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 hsqUiB tc6  
       ^<E+7  
    rG\m]C3E  
     K,IOD t  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 /#:RYM'Tu  
    |Y'$+[TE  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run x *qef_Hu  
    g~B@=R  
    7. 总结 3$Is==>7  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 NPoXz  
    1. 仿真 B4|`Z'U#;  
    以光线追迹对单色仪核校。 DGd&x^C  
    2. 研究 LpmspIPvf  
    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。 JG( <  
    3. 应用 8fe"#^"sR  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ^1~/FU  
    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。 4|2$b:t  
    扩展阅读 )F~>  
    1. 扩展阅读 Ec\x;li! *  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 %<M<'jxSca  
    19N:9;Ixz  
     开始视频 p9s~WD/K  
    - 光路图介绍 Iyc')\W&  
    - 参数运行介绍 wP8R=T  
    - 参数优化介绍 :%>8\q>UX  
     其他测量系统示例： j}VOr >xz  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) D{loX6  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) i3%~Gc63  
     
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