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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) ~wtl\-cY  
    Xtv^q> !  
    应用示例简述 vhe[:`=a  
    n1D,0+N=  
    1.系统说明 ;jC}.] _)w  
    Q7uhz5oZ  
    光源 Rs*]I\  
    — 平面波(单色)用作参考光源 [Aqy%mbG  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) ,ru2C_LQ  
     组件 X; [$yW9hE  
    — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 Wx~N1+  
     探测器 l\+^.ezD  
    — 功率 KY}c}*0  
    — 视觉评估 i|5.DhK}  
     建模/设计 =QG@{?JTl  
    光线追迹:初始系统概览 SvE3E$*  
    — 几何场追迹+(GFT+): <0R$yB  
     窄带单色仪系统的仿真 `x b\)  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 9eG{"0)  
    :xqhPr]e  
    2.系统说明 ,ddoII  
    _Z9HOl@  
    aNd6# yU$  
    ([vyY}43h  
    3.系统参数 TV&:`kH  
    O{YT6&.S0  
    s @AGU/v  
    ANqWY &f  
    ST'eJ5P7!5  
    4.建模/设计结果 \OR=+\].9  
    >ucVrLm,X  
    =rH' \7T  
    !'yCB9]O  
    总结 e+'PRVc  
    g7Xjo )  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 F@4TD]E0^  
    1. 仿真 FBDRbJ su  
    以光线追迹对单色仪核校。 I[P43>F3  
    2. 研究 h!@t8R  
    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。 mI$<+S1!  
    3. 应用 0j@nOj(3  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 3mmp5 d  
    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。 idG}p+(;  
    kMJf!%L(  
    应用示例详细内容 ^v5v7\!  
    系统参数 `=}w(V8pc  
    3c%dErch  
    1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 QB3vp4pBg@  
    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。 IF>dsAAI<  
    moop.}O<  
    2b&&3u8  
    CO%o.j=1  
    2. 系统参数 [m*E[0Hu  
    M&93TQU-  
    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。 @^O+ulLJ,]  
    Bz7rf^H`Z  
    bi01]  
    [wLK*9@&  
    3. 说明:平面波(参考) 6}q8%[l|  
    W##~gqZ/  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 xAZ-_}'tW  
    f!H~BMA+a  
    goJK~d8M*  
    c3L)!]kB  
    4. 说明:双线钠灯光源 L lNd97Z  
    3?n2/p 7=  
    2kXa  
     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。 L\GjG&Y5  
     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)。 [9-&Lq_ g  
     由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 O7})1|>1  
    2#y-3y<G  
    neLQ>WT L  
    ^yl)c \`  
    5. 说明:抛物反射镜 MS>QU@z7c  
    OV.f+_LS  
    1xf Pe#  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 $\9M6k'  
     出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 >>>&{>}!  
     << XWL:  
    zJMm=Mw^  
    aN^x]0P!0  
    #Yd 'Vve  
    X5Fi , /H  
    6. 说明:闪耀光栅 *vqr+jr9  
    l(B(gPvU  
     l,lfkm  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 rBLcj;,  
     通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 uE;bNs'  
    F\Z|JCA  
    Y}n$s/O:u8  
    t ;-U  
    @OB7TI_/   
    5Z<y||=  
    7. Czerny-Turner 测量原理 E3~Wyfd7  
    wG-lR,glb  
    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。 0Mo?9??  
    Zr#\>h'c  
    qX%oLa  
    zF7*T?3b"  
    /=i+7^  
    8. 光栅衍射效率 l |Y?]LNr  
    [" PRxl  
    a49xf^{1"i  
     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。 ,ozgnhZY  
     因此,每一个波长的效率可视为独立的。 #Ave r]eK  
     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) P2t9RCH  
    <l`xP)] X  
    Z'cL"n\9R]  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd N ,0&xg3  
    GU,ztO.w3  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 vFx0B?  
    I%b}qC"5M  
    ^!j,d_)b!  
    |.~0Ulk,  
     由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 Xf/qUao  
    2l.qINyz  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Ty5}5)CRZ  
    8w\ZY>d   
    of<(4<T  
    Ni Y.OwKr  
     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)。 @\}w8  
     不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 i[N=.  
    '>U&B}  
    应用示例详细内容 {~0r3N4Zl  
    Q G8X{'  
    仿真&结果 SMMvRF`7  
    #bZT&YE^  
    1. 结果:利用光线追迹分析 7|Bg--G1  
     首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 KwxO%/-}S  
     对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Y$K[@_dv=  
    )oCb9K:km  
    ]dU/;8/%  
    '(-SuaH49  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 'p> *4}  
    Jr.4Y>;}e3  
    2. 结果:通过虚拟屏的扫描 haoQr)S  
     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)。 (-bLP  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, UtzM+7r@  
    +/|t8zFWs  
     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。 1 [D,Mu%E  
    y=q iGi[Nc  
    Ns#R`WG)  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Dqg~g|(Q<  
    K)_DaTmi)  
    3. 衍射效率的评估 mWiX@#,  
    为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 i286`SLU  
    89+Q^79m  
    @@~Ql  
    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。 <xO" E%t  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd $^Z ugD  
    4PDxmH]y  
    4. 结果:衍射级次的重叠 0sGAC  
     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。 e)): U  
     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)。 |x$2- RUP  
     0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 pdEUDuX  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) J{qpGRQNa  
     光栅方程: HTw7l]]  
    SXF~>|h5<  
    }MCJ$=5  
    %D $+Z(  
    /j(3 ~%]o4  
    5. 结果:光谱分辨率 p0bMgP  
    xa]e9u%  
    (sN;B)  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run {wy#HYhv  
    /^^wHW:  
    6. 结果:分辨钠的双波段 i-E/#zni  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 rFl6xM;F  
       `zjbyY  
    'A)r)z {X  
    DB>.Uf"  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 ]s<}'&  
    C'oNGOEd  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run J0V\_ja-  
    /KLs+^c5  
    7. 总结 9f7T.}HM  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 *r|)@K|  
    1. 仿真 2GW.'\D  
    以光线追迹对单色仪核校。 ML-?#jNa<  
    2. 研究 bUS"1Tg]*6  
    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。 {(j1#9+9  
    3. 应用 p0Ra`*f  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ._A@,]LS}  
    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。 zilM+BZ8  
    扩展阅读 m%[`NP (  
    1. 扩展阅读 l.@&B@5F  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 H){lXR/#u  
    ZCuLgCP?Z  
     开始视频 4y|%Oj  
    - 光路图介绍 NU{`eM  
    - 参数运行介绍 ocDAg<wo  
    - 参数优化介绍 jt,dr3|/n  
     其他测量系统示例: W1;u%>Uh  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ccm(r~lhJ  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) nLcOz3h  
     
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