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测量系统(MSY.0003 v1.1) j1zrjhXI 6=cfr; BH2 应用示例简述 J`6IH#54 LN z 1.系统说明 Clz.
p H1GmC`\<[: 光源 '/OcJVSR — 平面波(单色)用作参考光源 J.EBt3 — 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 DCsamOA~ — 视觉评估 Bd'X~Vj< 建模/设计 sLKk1A — 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 ?(Ua+*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$Ylqb#
c_CVZR? xkw=os 'l`prp3 8. 光栅衍射效率 zd)QCq
K,JK9)T !zm;C@}ln VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 UX[s5# 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 RjH68=n 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) |:&O!36 S 6_:\Q 1og+(m`BL file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd #qmsZHd}b 83I 5n&) 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 SASLeGaV <&3aP}
yci} #,nb _{;_wwz 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 7)Vbp--b# Z\U r F0 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ."=p\:^j* i9De+3VqKK
Z~QLjv&$/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 viUJ4Pn 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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