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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) j1zrjhXI  
    6=cfr; BH2  
    应用示例简述 J`6IH#54  
    LNz  
    1.系统说明 Clz. p  
    H1GmC`\<[:  
    光源 '/OcJVSR  
    — 平面波(单色)用作参考光源 J.E Bt3  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) 2[Ofa(mkkp  
     组件 1Kjqs)p^  
    — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 45.<eWH$*(  
     探测器 ,NO2{Ha$  
    — 功率 DC samOA~  
    — 视觉评估 Bd'X~Vj<  
     建模/设计 sL Kk1A  
    光线追迹:初始系统概览 L@5sY0 M  
    — 几何场追迹+(GFT+): @4t_cxmD  
     窄带单色仪系统的仿真 V` T l$EF  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 -F. c<@*E  
    H(hE;|q/  
    2.系统说明 ^4b;rLfk@  
    6i+<0b}!/  
    Y#,&Tu  
    z @g%9 |U  
    3.系统参数 b(IZ:ekZ5  
    c@E;v<r'  
    XF&_**0n  
    eo@kn yA<&  
    4wMZNa<Sx  
    4.建模/设计结果 <4LW.q  
    $7QGi|W*k  
    8(Cs<C!  
    E^iShe  
    总结 wBWqibY|  
    o;9 G{Xj3@  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 %G|Rb MP  
    1. 仿真 ?8w5tfN6t  
    以光线追迹对单色仪核校。 f, '*f:(  
    2. 研究 UX2@eyejQ7  
    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。 (@1>G ^%  
    3. 应用 fsl ZJE  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 mm9uhlV8  
    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。 s{Og3qUy  
    NXk~o!D  
    应用示例详细内容 p[O\}MAd#  
    系统参数 vX7U|zy  
    LOgFi%!6:  
    1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 i zYC0T9  
    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。 $bDaZGy  
    YV8PybThc  
    yH(3 m#  
    ?KB] /gT^  
    2. 系统参数 BbM/Rd1tAm  
    B"sB0NuT/$  
    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。 hx*4xF  
    Hd\. ,2a"  
    N%,zME  
    Q:j~ kutS|  
    3. 说明:平面波(参考) &mW7FR'(  
    r#A*{4wz  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 Qgf\"s  
    -e_|^T"  
    PqIskv+  
    v}J0j  
    4. 说明:双线钠灯光源  @M OaXe  
    2z.~K&+x  
    lUaJC'~p  
     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。 joDqv,iW8  
     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)。 :L{*B$c  
     由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 z9:yt5ar  
    KYZ#.f@  
    )@p?4XsT4J  
    eZ$M#I=o  
    5. 说明:抛物反射镜 0~EGrEt  
    ?(U a+*b  
    W':b6}?  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 qDTdYf  
     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 k= |TE  
    d&+0JI<  
    $bD`B'5  
    t`'jr=e,~  
    `dD_"Hdt  
    pH2/." zE<  
    6. 说明:闪耀光栅 C0K: ffv;<  
    @}19:A<'  
    z(8G=C  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 &S`g&  
     通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 j74hWz+p4  
    m?; ?I]`  
    0WfnX>(C7R  
    E]8uj8K3]  
    k$ T  
    ML MetRP  
    7. Czerny-Turner 测量原理 p!~1~q6  
    wx[m-\  
    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。 qp)Wt6 k?  
    o$Ylqb#  
    c_CVZR?  
    xkw=os  
    'l`prp3  
    8. 光栅衍射效率 zd)QCq  
    K,JK9)T  
    !zm;C@}ln  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 UX[s5#  
     因此,每一个波长的效率可视为独立的。 Rj H68=n  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) |:&O!36  
    S6_:\Q  
    1og+(m`BL  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd #qmsZHd}b  
    83I 5n&)  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 SASLeGaV  
    <&3aP}  
    yci}#,nb  
    _{; _wwz  
     由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 7)Vbp--b#  
    Z\Ur F0  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ."=p\:^j*  
    i9De+3VqKK  
    Z~QLjv&$/r  
    L-:@Om!  
     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)。 0 }qlZFB  
     不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 <K<#)mcv  
    5-$D<}Z  
    应用示例详细内容 oQ,<Yx%E3  
    "OK[uug  
    仿真&结果  .gmS1ju  
    9( q(;|;Hp  
    1. 结果:利用光线追迹分析 d23=WNn  
     首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 dr}PjwW%  
     对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 8 /t';  
    Uavl%Q  
    T]Ai{@i  
    !&hqj$>-}  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd J{prI;]K  
    DBB&6~;?  
    2. 结果:通过虚拟屏的扫描 jLt3jN  
     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)。 ![_0GFbT  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, A]'jsv!+  
    Q8AAu&te7  
     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。 H!Q72tyo  
    0"% dPKi  
    h*C!b?:"  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Vc;[0iB  
    5|*`} ;/y  
    3. 衍射效率的评估 vi UJ4Pn  
    为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 abT,"a\h  
    [SC6{ |  
    9QLG:(~;  
    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。 qf\W,SM  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Jj+Q2D:  
    M1xsGa9h&  
    4. 结果:衍射级次的重叠 ]S[/ a  
     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。 irD5;xk([  
     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)。 } v:YSG  
     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。 4jC)"tch  
     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) +sjzT[ Dn  
     光栅方程: <MkvlLu((o  
    ;]Q6K9.d8  
    ;J,(YNI 1  
    [ UI>SN  
    f%@~|:G:  
    5. 结果:光谱分辨率 C'|9nK$%  
    4k@n5JNa  
    m","m  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run J'|=J   
    dGBjV #bNT  
    6. 结果:分辨钠的双波段 >x;\H(g  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 JOY&YA$U  
       ^ZQMRNP{r  
    -i2rcH  
    ApeqbD5g&  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 !Z:XSF[T  
    "nu]3zcd  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ;un@E:  
    }u O YF  
    7. 总结 "4\  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 EwN{|34C  
    1. 仿真 &=kv69v  
    以光线追迹对单色仪核校。 F6[F~^9D  
    2. 研究 `_OrBu[  
    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。 "Esl I  
    3. 应用 ^%9oeT{  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ylZQwICk  
    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。 %T]^,y$n  
    扩展阅读 w/nohZF6H  
    1. 扩展阅读 x5Lbe5/P  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 /_qq(,3  
    hbx4[Pf  
     开始视频 ,7&\jET5^0  
    - 光路图介绍 ZgxB7zl//  
    - 参数运行介绍 >[;@ [4}  
    - 参数优化介绍 ~hvj3zC5xz  
     其他测量系统示例: )DXt_leLg  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) baII!ks  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) r$={_M$  
     
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