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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) ]O[f#lG  
    S%4 K-I  
    应用示例简述 (.c?)_G,  
     pr2d}~q4{  
    1.系统说明 EQ28pAZ  
     46vz=# ,6L  
    光源 =<g\B?s]  
    — 平面波(单色)用作参考光源 ()r DM@  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) mUjA9[@   
     组件 NS1[-ng  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 U5klVl  
     探测器 \rpu=*gt  
    — 功率 l$FHL2?Cp  
    — 视觉评估 A1|:$tED+2  
     建模/设计 * .e^s3q$  
    — 光线追迹：初始系统概览 Y/ `fPgE  
    — 几何场追迹+(GFT+)： CB~&!MdMr  
     窄带单色仪系统的仿真 qAm%h\  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ."R 2^`  
    w4OVfTlN  
    2.系统说明 ~"-wSAm  
    *"#>Ov>  
     %spR7J\"/  
    {f!mm3'2v  
    3.系统参数 t~Uqsa>n@'  
    S4Rv6{r:  
     A`@we  
    !v^D j']  
    @g{=f55  
    4.建模/设计结果 ?D.] c;PR  
     W4N$]D=  
    mJT7e  
     OvFZ&S[  
    总结 Hi ?],5,/  
     03MB,  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 <'/+E4m  
    1. 仿真 0c]Lm?&  
    以光线追迹对单色仪核校。 fD!O aK  
    2. 研究 c<e$6:|xM  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 mFvw s  
    3. 应用 /_LUys/0  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 MOj 0"x)  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 }g3)z%Xe'[  
     I3SLR  
    应用示例详细内容 K$rH{dUM  
    系统参数 nGRF< 2!  
     r:u5+A  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 rtY0?  
    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。 A}$A~g5 Ap  
    GwpJxiFgk  
     j88H3bi0  
    T IS}'c'C  
    2. 系统参数 NxNz(R $~  
     0|d%@  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 *s_)E 2  
    nkv zv  
     gvz&ppcG  
    [/#;u*n  
    3. 说明：平面波(参考) lT*Hj.  
    +lE 9*Gs_$  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 b-ZvEDCR  
    }4+S_b  
     R,tR{| 8  
    x3)qK6,\  
    4. 说明：双线钠灯光源 N2C^'dFj  
    w2Pkw'a{  
    (zUERw\a X  
     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。 \p.ku%{  
     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)。 Q~uj:A]n<  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 514;!Q4K  
    W<kJ%42^j  
     "Sl";.   
    3q<\ \8Y*  
    5. 说明：抛物反射镜 #Jg )HU9  
    6N6d[t"  
    yay{lP}b"  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 j5tA!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。 2E;*kKw[  
    AOeptv^k3}  
    wz;IKdk[  
    'kPShZS$b  
     h@l5MH=|%  
    l9#vr  
    6. 说明：闪耀光栅 ;Cm%<vW4!  
    6EJ,czt(  
    |odl~juU  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 /O+,vRw\A  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 Z&YW9de@  
    4mUQVzV  
    k.?b2]@$  
    )9J&M6LX  
     +.5 /4?  
    :jgwp~l  
    7. Czerny-Turner 测量原理 < JA5.6<=  
     ,M5J~Ga  
    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。 p-r}zc9@  
    %6HDLG6@^}  
     ;E(%s=i  
    We_/:=  
    MHk\y2`/;  
    8. 光栅衍射效率 wSnY;Z9W_  
    4mPCAA7  
    A F>!:  
     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。 h@t&n@8O?  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 td&W>(3d  
     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) QVm3(;&'  
     j;)U5X  
    #GY;.,  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd \XhzaM   
    1\TXb!OtL  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 rx CSs  
    rhsSV3iM  
     bncIxxe  
    ?,O{,2}  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 d7qHUx'=z  
    2D,9$ 0k_]  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 [0w @0?[  
    _T7tq  
     e@F9'z4  
    f^Lw3|rq4  
     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)。 ;*[nZV>  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 U8PSJ0ny  
    ,GA2K .:#  
    应用示例详细内容 S1.w^Ccy  
     kTL{?-  
    仿真&结果 _t_X`  
     m\)z& hv<r  
    1. 结果：利用光线追迹分析 .'saUcVg:  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 m$Lq#R={Z  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 KW ]/u  
    HY4X;^hF  
     OEnJ".&V  
    ]g2Y/\)a  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd uhz:G~x!  
     |X,T>{V?y  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 S~.:B2=5K  
     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)。 J*vy-[w  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， DDsU6RyN  
     K!VIY|U  
     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。 a$y=+4L  
    > SU2Jw  
     gBA UrY%]  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ,|,DXw  
     K3Zc>QL{  
    3. 衍射效率的评估 +1zCb=;!{  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ,A T!:&<X  
    Mhc!v, D$  
     wu "6Kyu  
    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。 wws)**]J8  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd M.iR5Uh  
     RcIGIt  
    4. 结果：衍射级次的重叠 d h#4/Wa,  
     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。 \$n?J(N  
     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)。 %]S~PKx  
     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。 H|T!}M>  
     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) dq}60  
     光栅方程： yJkERiJV  
     }J"}5O2,b  
    UT|FV twO  
    -]\cUQ0  
    L s6P<"V  
    5. 结果：光谱分辨率 UE^_SZ  
    Yj99[ c#]  
     ,iY/\ U''  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run qPY OO  
     +`O8cHx  
    6. 结果：分辨钠的双波段 pCS2sq8RC  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 He^u+N@B  
       UE33e(Q<  
    b0|q@!z>  
     uKHkC.g  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 o_>id^$>B  
    >Ng7q?h   
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run -h+=^,  
    WlVp|s{TYP  
    7. 总结 {-;lcOD  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 69AgPAv<k  
    1. 仿真 E#?*6/  
    以光线追迹对单色仪核校。 W&23M26"{  
    2. 研究 ""Nu["|E  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 [zmx  
    3. 应用 W!|A3V35\:  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ihivJ Z  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 __<u!;f  
    扩展阅读 vcTWe$;Q  
    1. 扩展阅读 a'=C/ s+  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 rV.04m,  
    Z |wM  
     开始视频 # hvLv  
    - 光路图介绍 | d}f\a`  
    - 参数运行介绍 2]W"sT[  
    - 参数优化介绍 c^0Yu Bps[  
     其他测量系统示例： ip6$Z3[)  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) C;7?TZ&xw  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) DtkY;Yl  
     
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