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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: 2024-11-21
    测量系统(MSY.0003 v1.1) kUr/*an  
    w$ ""])o,  
    应用示例简述 +"|TPKas  
     bw!*=<  
    1.系统说明 ^g.H JQ'vF  
     itcM-?  
    光源 %zhSSB =BJ  
    — 平面波(单色)用作参考光源 X?(R!=a  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) d@tNlFfS  
     组件 z(#dL>d$'  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 IYr}%:P)  
     探测器 xU(b:D Z  
    — 功率 $+,kibk*R  
    — 视觉评估 i@ 86Ez  
     建模/设计 AKS. XW  
    — 光线追迹：初始系统概览 ( efxw  
    — 几何场追迹+(GFT+)： uC[F'\Y  
     窄带单色仪系统的仿真 m\_v{1g  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 !FvL2L  
    Qtt3;5m  
    2.系统说明 <oSx'_dc  
    .&h|r>*|J  
     qa4j>;  
    B3I0H6O  
    3.系统参数 $yUPua/-  
    nj-LG!"a  
     jLw|F-v-l<  
    @ 0/EKWF  
    lg{M\ +  
    4.建模/设计结果 zhY]!  
     \KKE&3=  
    tqL2' (=  
     \{qtdTd  
    总结 .}E@ 7^X  
     JZJb&q){  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 AE Abny q  
    1. 仿真 *@W B aN+  
    以光线追迹对单色仪核校。 UlPGB2B  
    2. 研究 h dqr~9  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 F'@ 9kdp  
    3. 应用 =%B}8$.|  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Sae*VvT6  
    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?I`n*u"X  
     2;w> w#}>  
    应用示例详细内容 U? ;Q\=>  
    系统参数 Fu[GQ6{f  
     &3itBQF  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 X9C:AGbp  
    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。 |\)Y,~;P  
    (@bq@0g  
     ET%F+  
    gj&5>brP  
    2. 系统参数 gb}ov* *  
     *9`k$'  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 3@1$y`SN  
    & sXMB  
     o<5+v^mt#  
    t$lJgj(  
    3. 说明：平面波(参考) FMitIM*]   
    V}JBv$+ko  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 ]1I-e2Q-J  
    X9rao n  
     Dj3,SJ*x  
    m &[(xVM  
    4. 说明：双线钠灯光源 L:.Rv0XT  
    SjcX|=S  
    :zpT Gk8Z  
     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。 V=Z%y$1Bc  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 tv; ?W=&P  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 +^.xLTX`$  
    :]LW,Eql  
     51ILR9 Bc_  
    JtF)jRB0,  
    5. 说明：抛物反射镜 Vq^b_^  
    !|cM<}TF,  
    ~N )(|N  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 @2>ce2+  
     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。 OK z5;#S=  
    @scSW5+  
    6}*4co  
    @}' ?o_/C  
     8A 'SMJi  
    \JP9lJ3<  
    6. 说明：闪耀光栅 "po;[ Ia2  
    8 v da"  
    cu#r#0U-  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 -1ci.4F&  
     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 Jt)J1CA Yo  
    GxE`z6%[  
    dx.Jv/Mb  
    tn|H~iF{  
     _9S"rH[  
    C k/DV  
    7. Czerny-Turner 测量原理 'a~F'FN$  
     9|K :\!7  
    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,F4N$  
     p.,`3"C1  
     C @P$RVS  
    hl8oE5MU  
    -)DxF<8B  
    8. 光栅衍射效率 }xgs]\^,73  
    \^lDd~MWG  
    %B\VY+  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 )W1[{?  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 uY3?(f#  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) +77j2W_0  
     C *7x7|z  
    +;q` A 1  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd G}nj 71=H  
    WqHp23  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 D$`$4mX@hP  
    Io('kCOR;  
     On,z# A  
    6g)CpZU  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 S4!B;,?AxN  
    'Xasd3*Py  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 |}d+BD  
    p`'3Il3  
     "~"=e  
    QjTs$#eMW  
     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)。 ~^o YPd52*  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 k:&B b"  
    ^j1i CL!  
    应用示例详细内容 :S+Bu*OyH  
     NH'QMjL)  
    仿真&结果 ?VyiR40-Cx  
     [6nN]U~Y  
    1. 结果：利用光线追迹分析 g? C<@  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ~le:4qaX  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 x. /WP~I  
    =b Q\BY#  
     Qo80u? *  
    F*y7 4j,  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd mqiCn]8G  
     E .CG  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 yz%o?%@  
     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)。 hh-sm8  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， hE +M|#o  
    Iz!]LW  
     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。 pc;`Fz/`7  
    &InFC5A  
     H$6;{IUz~  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms D#d/?\2  
     E/^N   
    3. 衍射效率的评估 ,oJ$m$(Lj  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 !" @<!  
    6vg` 8  
     ~@"H\):/  
    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 #;|P-pt  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd -s 7a\H{~  
     *^ua2s.  
    4. 结果：衍射级次的重叠 h<g2aL21?F  
     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。 gdg "g6b  
     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)。 M|UCV_omN  
     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。 t~Q j$:\  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) UDlM?r:f  
     光栅方程： [u^~ND'  
     Pt/F$A{Cj  
    ^a7a_M  
    PD-*rG `  
    WFvVu3  
    5. 结果：光谱分辨率 wjHH%y  
    d}@n,3  
     Gf-GDy\{  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run "XU)(<p  
     cEGR?4z  
    6. 结果：分辨钠的双波段 N^'(`"J s  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 .cr<.Ov  
       GGsAisF"N  
    JcC2Zn6  
     I.U=%{.  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 vJ>o9:(6  
    ##s :Ww  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run j/1 f|x  
    `KieN/d%  
    7. 总结 oW6b3Q /B  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 B_"PFWwg  
    1. 仿真 2|${2u`$&y  
    以光线追迹对单色仪核校。 cvjZ$Fcc%(  
    2. 研究 VwT&A9&{8  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ^$y`Q@-9  
    3. 应用 5dL!e<<  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 96%N  
    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。 )gk tI!  
    扩展阅读 ;b 'L2  
    1. 扩展阅读 +^[SXI^JaJ  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 hSaw)g`w  
    >j&k:  
     开始视频 eyos6Qi  
    - 光路图介绍 1+xi1w}3a  
    - 参数运行介绍 b:$q5  
    - 参数优化介绍 e4;h*IQK  
     其他测量系统示例： w]US-7  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ozl>Au  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) !4$-.L)#  
     
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