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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) Kw"e4 a  
    ) ??N]V_U  
    应用示例简述 o@gceZuk  
     n*$g1HG6  
    1.系统说明 AP%R*0]  
     QWa@?BO2p  
    光源 y}oA!<#3  
    — 平面波(单色)用作参考光源 uQc("F  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) !0hyp |F:>  
     组件 c&wg`1{Hal  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 -V;Y4,:c  
     探测器 .9e5@@VR  
    — 功率 Htr]_<@  
    — 视觉评估 {.kIC@^O  
     建模/设计 [err$  
    — 光线追迹：初始系统概览 gmH`XKi\  
    — 几何场追迹+(GFT+)： 7xO05)bz  
     窄带单色仪系统的仿真 PcA^ jBgGl  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 D~ 3@v+d  
    :|kO}NGM  
    2.系统说明 w;}5B~).  
    bP-(N14x+  
     ds+K7B$  
    `XE>Td>Bs  
    3.系统参数 &)6}.$`  
    @,1_CqV  
     WqefH{PB  
    ?jfh'mCA  
    ,nL~?h-Zh  
    4.建模/设计结果 ;"IWm<]h;-  
     X7OU=+g  
     ij:a+T  
     /9kxDbj  
    总结 Z<>gx m<  
     @d{}M)6\!  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ssQ1u.x9  
    1. 仿真 sryA(V  
    以光线追迹对单色仪核校。 O,),0zcYF  
    2. 研究 U@).jpN  
    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。 VtzZ1/J E  
    3. 应用 tH;9"z# ~  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 MkFWZ9c3  
    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。 A@|Z^T:  
     -w2^26 ax  
    应用示例详细内容 ~rO&Y{aG#  
    系统参数 V C VqUCc  
     {@L{l1|0  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 yB7si(,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。 cHr]{@7Cs  
    ?MSZO]Q4+  
     B/3~[ '  
    Q (N'Oj:J  
    2. 系统参数 r)>'cjx/  
     .(Ux1.0C  
    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。 0y<9JvN$9  
    |%8t.Z  
     b/*QV0(  
    U7fpaxc-  
    3. 说明：平面波(参考) Mfz(%F|<  
    V9< E `C  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 ,[p?u']yZz  
    XdIno}pN  
     &/uakkS  
    =3hJti9[  
    4. 说明：双线钠灯光源 ?~.9: 93  
    1 c"s+k]9  
    F ! v01]O  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 N%:uOX8{  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 W'k&DKhTqF  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 b*| ?7  
    (AA@ sN  
     9VaSCB  
    :FSg%IUX  
    5. 说明：抛物反射镜 n@@tO#!\  
    24InwR|^  
    }T902RL0  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 8z=o.\@  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。  gHUW1E  
    ^+~$eg&js  
    $(J)F-DB i  
    i)@vHh82  
     Jp)PKS ![  
    T06w`'aL  
    6. 说明：闪耀光栅 S WsD]rn  
    7m8:odeF  
    L}8 }Pns?&  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 G@ybx[_[@  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 z}5'TV=^  
    c?xeBC1-  
    m|cRj{xZF  
    S#+ _HFUK{  
     )}w-;HX  
    ]]V=\.y  
    7. Czerny-Turner 测量原理 FGwgSrXL7  
     0x'Fi2=`  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 . VI #  
    c$A}mL_  
     u_WW uo  
    Qw% 0<~<  
    bg4VHT7?>)  
    8. 光栅衍射效率 &@7|_60  
    n!b*GXb\  
    "J >, Hr9  
     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。 U_B`SS  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 NVC$8imip  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) I$i1o #H  
     b[;3y/X  
    H~hAm  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd C$c.(5/O  
    p|*b] 36  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 [iSLn3XXRX  
    gY=+G6;=<  
     ER$~kFE2yP  
    ^T@-yys  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 T?5F0WKi  
    YX2j;Y?  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Q;1$gImFz  
    yFP#z5G  
     3^ &pb  
    b;|^62  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 tQ?}x#J  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 p/s5[>N  
    JeCEj=_Z  
    应用示例详细内容 q%^gG03.  
     XlNB9\"5  
    仿真&结果 [ 06B)|s  
     UuA=qWC  
    1. 结果：利用光线追迹分析 Y!s/uvRI  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 d}415 XA  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 55|$Imnf  
    (C QgT3V  
     z#*GPA8Em:  
    ae1fCw3k  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd kp;MNRc  
     oq<#  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 q+G1#5  
     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)。 #wm)e)2@  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， &q` =xF  
    !8s:3]  
     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。 Ap>n4~  
    AAl`bhx'n  
     +l3 vIN  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms sQH.}W$C  
     i|d41u;@  
    3. 衍射效率的评估 "|&*MjwN6  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 Pr/&p0@aV  
    hQ8{ A7  
     V[#lFl).  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 \1B*iW  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd da^9Fb  
     {S&&X&A`v  
    4. 结果：衍射级次的重叠 ,[hJi3xM  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 kI;^V  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 g%[Ruugu  
     0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 <(t<gS#  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 6qA{l_V  
     光栅方程： p]g/iLDZ  
     bU,& |K/  
    '}Y8a$(;V  
    xX>448=  
    wb9zJAsc  
    5. 结果：光谱分辨率 nz&JG~Qfm  
    aH#|LrdJ  
     QtzHr  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run t-Fl"@s  
     \%VoX` B  
    6. 结果：分辨钠的双波段 Y{'G2)e  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Kj>_XaFCg!  
       8UZE C-K  
    x[kdQj2[&  
     abv]  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 ?0<3"2Db~  
    =@f;s<v/  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run pL-$Np] V  
    33C#iR1(WJ  
    7. 总结 ]_,~q@r$  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 `jkn*:m  
    1. 仿真 i\'N1S<D  
    以光线追迹对单色仪核校。 s_8! x  
    2. 研究 \#}%E h 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。 wDG4rN9x  
    3. 应用 Glr.)PA  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 1$W!<:uh  
    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。 ro{MD s  
    扩展阅读 C u:-<  
    1. 扩展阅读 NlMx!f>b%/  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 hU{%x#8}lK  
    b6(yyYdF  
     开始视频 rG]Xgq"   
    - 光路图介绍 >4E,_`3N  
    - 参数运行介绍 b,W '0gl  
    - 参数优化介绍 8K/lpqw  
     其他测量系统示例： Ww~0k!8,t  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 4SrK]+|  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 6M9rC[h\  
     
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