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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) JEs?Rm1^.  
    MXSPD# gN  
    应用示例简述 7 45Uo'  
     :hCp@{  
    1.系统说明 cZ%weQa#N)  
      ()=  
    光源 W32bBzhL  
    — 平面波(单色)用作参考光源 GC~Tfrf=r  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) jrZM  
     组件 u ;f~  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 a 0Hzf  
     探测器 |SQ5Sb  
    — 功率 YRAWylm  
    — 视觉评估 kd9hz-*  
     建模/设计 28>gAz.#  
    — 光线追迹：初始系统概览 H '&x4[J:  
    — 几何场追迹+(GFT+)： i|)<#Ywl  
     窄带单色仪系统的仿真 (9{)4[3MAG  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 11Pm lzy  
    4}gqtw:  
    2.系统说明 .@gv }`>  
    w=e~ M  
     Qpe&_.&RE  
    Ca0~K42~  
    3.系统参数 ^<.mUaP  
    Z Z\,iT  
     }{J<Wzw  
    Jp=ur)Dj  
    BD\xUjd?)Q  
    4.建模/设计结果 {^1D|y  
     "U4Sn'&h@  
    0 ua.aL'  
     <A;R%\V  
    总结 &C`t(e  
     Gp6|M2Vu_5  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 cX 9 !a,  
    1. 仿真 y.=ur,Nd  
    以光线追迹对单色仪核校。 ^} %Oq P  
    2. 研究 nX7{09  
    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%UyFUz  
    3. 应用 `p|{(g'  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Rjqeuyj:  
    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。 f-E]!\Pg  
     =EA*h_"q9  
    应用示例详细内容 v2 T+I]I  
    系统参数 9r+]V=  
     "W?<BpV~@!  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 GKTrf\"c  
    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。 /EZF5_`bT  
    G&I\Za;   
     K@)Hm\*  
    _?x*F?5=  
    2. 系统参数 m}54yo  
     .J6Oiv.E  
    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。 n ,!PyJ  
    suC]  
     mJ2>#j;5f  
    N,0l5fD~T  
    3. 说明：平面波(参考) lfba   
    9%^q?S/Rv  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 0 XxU1w8\V  
    {dM18;  
     ae`*0wbv  
    3xj ?}o  
    4. 说明：双线钠灯光源 "CI#2tnL7  
    ]vo&NE  
    52 ? TLID  
     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。 5V;BimI  
     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)。 %JF.m$-  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 3J%(2}{y  
    :s`~m;Y9?  
     !ba /] A/  
    ~xZFm  
    5. 说明：抛物反射镜 `CP# S7W^  
    d:cs8f4>  
    "#anL8  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 q,w8ca 4~y  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 owM3Gz%?UA  
    ,Dd )=  
    'id] <<F  
    G;#-CT  
     @0H}U$l  
    dF$a52LS  
    6. 说明：闪耀光栅 yxP(|  
    gmtp/?>e  
    xF![3~~3[  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Sqw:U|h\FS  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 COvcR.*0F  
    0~ !).f  
    I<yd=#:n  
    rG)K?B~  
     hUN]Lm6M  
    }QrBN:a$(  
    7. Czerny-Turner 测量原理 b{q-o <Q  
     tl5}#uJ  
    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。 j:ze5FA+  
    "O@L IR7  
     TN!8J=sx.  
    .;nU" a3'  
    pD;'uEFBQ  
    8. 光栅衍射效率 GIG\bQSv2  
    wtlIyE  
    8ExEhBX8  
     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。 6?GR+;/  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 h r9rI  
     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) a k&G=a6^  
     cXP*?N4C f  
    I2"F2(>8K  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd K`}8fU   
    9C9>V]  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ai|d`:;  
    YhQ;>Ko  
     6_xPk`m  
    a ;@G  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 N<XS-XB,  
    KA^r,Iw  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 C(/{53G(  
    #Xdj:T<*  
     4I&e_b< 30  
    nKxu8YAJe  
     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)。 D3,9X#B=  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 &USKudXmb  
    Y'n+,g  
    应用示例详细内容 ;.dyuKlI  
     Q)vf>LwC2S  
    仿真&结果 qRk<1.  
     m3Ma2jLWC  
    1. 结果：利用光线追迹分析 CG!7BP\  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 d#l z^Ls2  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 W#^W1j>_G  
    {|:ro!&  
     VR:4|_o  
    xb6y=L  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd RQg7vv]%  
     $eqwn&$n  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 y+jOk6)W75  
     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)。 ^)wTCkH&y  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， R#8.]  
     AW[_k%  
     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。  :oN$w\A  
    l:Hm|9UZ  
     "CH3\O\  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Ng=_#<  
     wgETL|3-  
    3. 衍射效率的评估 YoU|)6Of   
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 j*XhBWE?  
    108cf~2&  
     ]x12_+  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Wjf,AjL\  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 6!& DH#M  
     V1h&{D\"  
    4. 结果：衍射级次的重叠 3]z%C'  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 T ?HG}(2  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 *{K?JB#W  
     0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 PjxZ3O  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 4ju=5D];   
     光栅方程： z+~klv 3  
     y'{*B(  
    \x(ILk|'c  
    |O!G[|/3  
    m N&G  
    5. 结果：光谱分辨率 8gI f  
    mBtXa|PJ  
     kiP-^Wan  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 16cc9%   
     78u9> H  
    6. 结果：分辨钠的双波段 D~^P}_e.  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 |<2g^ZK)  
       YU]|N 'mL2  
    i L48  
     #'qDNY@w}  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 dm:2:A8^  
    WR<,[*Mv^  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run (H[ .\O-`  
    WL#E%6p[  
    7. 总结 g]mR;T3  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 e'y$X;nIv  
    1. 仿真 3_ P<0%  
    以光线追迹对单色仪核校。 7A=*3  
    2. 研究 4S 7#B  
    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。 FdcmA22k*  
    3. 应用 9!>Ks8'.d  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性  WBd$#V3  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 z&Kh$ $)[  
    扩展阅读 P/ XO5`  
    1. 扩展阅读 ?cvV~&$gc  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 {^ jRV@  
    lK2=[%,~  
     开始视频 +qiI;C_P\  
    - 光路图介绍 Rk$  
    - 参数运行介绍 \r5L7y$9 h  
    - 参数优化介绍 *u)#yEJ)  
     其他测量系统示例： *~%QXNn`  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001)  &e%eIz  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) t3VZjO  
     
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