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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) 4=;j.=>0X  
    Ajo IL  
    应用示例简述 sg49a9`8  
     #kA?*i[T  
    1.系统说明 E'5KJn;_7  
     pZ3sp!  
    光源 =1'WZp}D5  
    — 平面波(单色)用作参考光源 9Oo`4  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) [IAk9B.\  
     组件 V>GJO(9  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 5SmJ'zFO  
     探测器 foL4s;2  
    — 功率 hw*u.46  
    — 视觉评估 }pnp._j  
     建模/设计 rm$dv%q  
    — 光线追迹：初始系统概览 1i_%1Oip  
    — 几何场追迹+(GFT+)： 5X>~39(r  
     窄带单色仪系统的仿真 B([-GpZt[  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 F`2h,i-9  
    ,2+d+Zuh  
    2.系统说明 #g0N/  
    uXLZ!LJo  
     T?6<1nU)  
    e6 x#4YH  
    3.系统参数 DS>&|zF5l  
    -$I30.#  
     2oRwDg&7|  
    %<[{zd1C-  
    `~"'\Hw  
    4.建模/设计结果 [{Q$$aV1  
     Un,'a8>V`  
    5?? }9  
     qswC> Gi  
    总结 3EY m@oZj  
     [@8po-()L  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 !.q 9:|oc  
    1. 仿真 j(]O$""  
    以光线追迹对单色仪核校。 4z26a  
    2. 研究 /c 7z[|  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 l^B4.1rT  
    3. 应用 vyB{35p$  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 @:#J^CsM+'  
    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。 aNNRw(0/  
     M0\gp@Fe  
    应用示例详细内容 xpo^\E?2  
    系统参数 8"g+ k`PRy  
     47 Bg[  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 F4WX$;1  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 JtxVF !v  
    R8eBIJ/@_  
     -C}"1|P!  
    _z{9V7n4  
    2. 系统参数 d;wq@ e  
     o$Nhx_F  
    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。 W6i9mER-  
    g1"Z pD  
     d|7LCW+HW  
    Q^nf D  
    3. 说明：平面波(参考) XM*5I 4V  
    >A6W^J|[  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 -PGxG 8S  
    !6RDq`  
     {=mGXd`x?l  
    ^B} m~qT  
    4. 说明：双线钠灯光源 %O"Whe  
    4;CI< &S  
    JoiGuZd>  
     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。 BG?>)]6  
     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)。 `XK\', }F  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 II.: k.D`  
    cc_'Kv!  
     a|oh Ad  
    .r6x9t  
    5. 说明：抛物反射镜 Lw_|o[I}  
    ]H}2|~c  
    I^![)# FC  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 &Mudu/KTr  
     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。 SlR//h  
    *.k*JsU~B  
    3Wv^{|^  
    jG;J qT  
     Dv/7 w[F  
    Ry]9n.y  
    6. 说明：闪耀光栅 0:u:#))1  
    B>!mD{N  
    <4vCx  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Q*PcO\Y!y  
     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 QkD ~  
    g H'hA'  
    [R%*C9Y d  
    xRXvTNEg  
     7_l Wr  
    K|-m6!C!7  
    7. Czerny-Turner 测量原理 ]3f[v:JQ  
     v G\J8s  
    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。 U), HrI>;  
    M 80Q6K  
     WH1 " HO  
    Y3&,U  
    \OFmd!Cz  
    8. 光栅衍射效率 W4d32+V  
    9cP{u$  
    `P !idg*  
     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。 *9kg \#  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 O)VcW/  
     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$m &!J  
     #\m.3!Hcr  
    Kd+E]$F_OH  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd sfn^R+x4,9  
    ~B"HI+:\L  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 HB5-B XBU  
    8uLS7\,$z  
     mR@d4(:J?  
    r2.w4RMFua  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Nr2,m"R{  
    (ub(0 h0j  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 &Y=~j?~Xm  
    uE9,N$\L_  
     nTr]NBR  
    0'pB7^y  
     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)。 a_5s'Dh  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 a7ZufB/  
    Pm)*zdZ8  
    应用示例详细内容 6#CswSpS  
     Eq;w5;7s  
    仿真&结果 bRm;d_9zC  
     H OWpTu(  
    1. 结果：利用光线追迹分析 <Y}m/-sD5  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Tt~[hC h  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 |w*s:p  
    E:**gvfq  
     zqNzWX  
    "ufSHrZv  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd FD 8Lk  
     |*g#7 YL  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 OH2IO  
     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)。 Lv%t*s2$/  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ANw1P{9*  
    I P#vfM  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 ~s HdOMw  
    L$OZ]  
     {u1|`=;  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ]i`Q+q[  
     TCyev[(  
    3. 衍射效率的评估 95@u|#n  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 N^oP,^+U  
    )$E){(Aa  
     U3:|!CC)T  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 `f~bnL  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Oz-/0;1n  
     UG`~RO  
    4. 结果：衍射级次的重叠 y<- ]'Yts  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 v\?J=|S+  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ' abEY  
     0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 \os"w "  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) nN<,rN{ :  
     光栅方程： t`Z3*?UqI  
     dE,E,tv  
    /FXvrH(  
    oz=ULPZ%  
    iU 6,B  
    5. 结果：光谱分辨率 1DcBF@3sWG  
    X+A@//,7  
     tUULpx.h  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run UwS7B~  
     +0%r@hTv&>  
    6. 结果：分辨钠的双波段 XTF[4#WO  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 '62_q8:  
       +5|k#'%5  
    `(?c4oq,c>  
     KM[0aXOtv  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 E%v0@  
    d5Ae67  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Xv!Gg6v6  
    qtAt=` s  
    7. 总结 GBBr[}y-  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 i,;eW&  
    1. 仿真 ?C fQwY#N  
    以光线追迹对单色仪核校。 y'^U4# (  
    2. 研究 rMIX{K)'f  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 l@GJcCufE  
    3. 应用 W3UxFs]$  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 -( p%+`  
    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。 !6X6_ +}M  
    扩展阅读 !~?/D  
    1. 扩展阅读 C=&n1/  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 hL/u5h%$  
    =6ru%.8U,  
     开始视频 Ip7#${f5M  
    - 光路图介绍 LRu*%3xx  
    - 参数运行介绍 CQ6I4k  
    - 参数优化介绍 Yu" Q  
     其他测量系统示例： /Lr`Aka5  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) +i!HMyM  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ZlC+DXg#S  
     
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