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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: 11-21
    测量系统(MSY.0003 v1.1) q&+GpR  
    ?E`J-ncP  
    应用示例简述 V3-LVgM%  
     </fnbyGR  
    1.系统说明 Yv{AoL~  
     f?]cW h%  
    光源 $6_J` 7  
    — 平面波(单色)用作参考光源 jq[>PvR  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) GV9"8M Z6  
     组件 e'jR<ln|  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 aRV<y8{9  
     探测器  j>6{PDaT  
    — 功率 U;^{uQJ+,  
    — 视觉评估 TiOvrp7B  
     建模/设计 zIL.R#|D=  
    — 光线追迹：初始系统概览 l6O2B/2j  
    — 几何场追迹+(GFT+)： :{sX8U%  
     窄带单色仪系统的仿真 ~6OdPD  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 U{ Y)\hR-  
    r4-r z+x  
    2.系统说明 X9P-fF?0  
    (YR1ML3N  
     Yrd K@I  
    !,\]> c  
    3.系统参数 H1X6f7`  
    |h3 YL!  
     8mV35A7l  
    h7*m+/O  
    ]!f=b\-Av  
    4.建模/设计结果 #):FXB$a  
     67#;.}4a  
    rsP1?Hxq  
     ut o4bs:  
    总结 ~h1'_0t   
     |ey6Czm  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 vX{]_  
    1. 仿真 m\Dbb.vBvW  
    以光线追迹对单色仪核校。 F`3I~(  
    2. 研究 6l50IWj,T  
    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。 kweypIB  
    3. 应用 9@!`,Co  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ^rx]Y;  
    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。 KQEnC`Nz  
     <)rol  
    应用示例详细内容 $Q ?<']|A  
    系统参数 P'g$F<~V  
     8&3G|m1-2  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 n\d-^ml  
    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。 2cww7z/B  
    TEY%OI zU+  
     [Y5B$7|s<  
    9XS'5AXN  
    2. 系统参数 s:Memvf  
     ,l~i|_  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 "6.kZ$`%  
    t,&1~_9  
     :V8 \^  
    q),yY]5  
    3. 说明：平面波(参考) A_CK,S*\,&  
    Ru2kC} Dx!  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 M[SWMVN{  
    h_H$+!Nzb  
     `|I h"EZ  
    aQcJjF5x  
    4. 说明：双线钠灯光源 2jA-y!(e  
    ZXp=QH+f  
    z`'{l {  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 }O8$?7j(  
     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)。 ,\ov$biL  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 RHeql*`  
    W* N^Gp@  
     NKh8'=S  
    gLU #\d]  
    5. 说明：抛物反射镜 &_G^=Nc,H  
    Kk-A?ju@g  
    tK0?9M.)  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 '`^`NI`  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 u0\?aeg`  
    r6JdF!\d  
    usX aT(K  
    ~^ Q`dJL  
     d/N&bTg:  
    3 l QGU  
    6. 说明：闪耀光栅 bZz ,'  
    UhXZ^ k3  
    EN'}+E 8  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 {p-&8-  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 LL4yafh  
    J1KV?aR  
    7:<co  
    +<7`Gn(n3  
     ;(5b5PA  
    ~{/"fTif  
    7. Czerny-Turner 测量原理 oYI7 .w  
     rK7m(  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 6O>NDTd%  
    bC&*U|de  
     *;5P65:u$>  
    XcD$xFDZ  
    4'_PLOgnX  
    8. 光栅衍射效率 x(ue |UG  
    s8Bbe t  
    tUaDwIu#  
     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。 5R"iF+p4  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 2M1}`H\  
     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) ;Hk{bz(  
     R9xhO!   
    jv_z%`  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Xt& rYv  
    Wo+fMn(O  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 8A}cxk  
    A 0~uv4MC  
     xy;u"JY*  
    qp;eBa  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 SoC3)iqv/  
    lXso@TNrZ0  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 RzgA;ZC'  
    bh V.uBH  
     VI_8r5o  
    @A?Ss8p'  
     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)。 D;nm~O%  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Jvac|rN  
    h0ml#A`h  
    应用示例详细内容 m?*}yM  
     kn9ul3c  
    仿真&结果 WOkAma-  
     _3YZz$07  
    1. 结果：利用光线追迹分析 ))ArM-02  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 RKru hF  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 u2\QhP 9  
    Fp=O:]  
     0Ez(;4]3  
    KUD&vqx3  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ;xqN#mqq  
     (t[sSl  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 FglW|Hwy  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 (+aU,EQ  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ?5VPV9EX  
    |f67aN  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 |k,M$@5s  
    8=kIN-l_  
     9:9gam  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms J> Z.2  
     h$`zuz  
    3. 衍射效率的评估 2J;_9 g&M  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 1|bg;X9+  
    %7}ibz4iF  
     6~b)Hc/  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Rq`d I~5!b  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Nl$b;~ u  
     1RHFWK5Si  
    4. 结果：衍射级次的重叠 Te d1Ky2O  
     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。 @y1:=["b  
     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\Gbs=sf6  
     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。 ^ L?2y/  
     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) 1Y+g^Z;G  
     光栅方程： l~(A(1  
     oU`{6 ~;  
    |&u4Q /0  
    @h=r;N#/`P  
    ,azBk`$iQr  
    5. 结果：光谱分辨率 vCX 54  
    5.M82rR; ~  
     Gov]^?^D-  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run !FA[ ]d4  
     9 `+RmX;m  
    6. 结果：分辨钠的双波段 .(g"(fgF  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 %n B}Hq ;  
       P1G;JK  
    &iI5^b-P  
     )=TS)C4  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 \p.eY)>  
    JavSR1_  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run CpLLsphy  
    2'U+QK@  
    7. 总结 Q ym=L(X  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 T|^KG<uPV!  
    1. 仿真 a 8}!9kL  
    以光线追迹对单色仪核校。 q=x1:^rVH  
    2. 研究 2A&Y})D  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 #Y<QEGb(  
    3. 应用 B`w@Xk'D  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 lvp8{]I<  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ;&9wG`  
    扩展阅读 @:w[(K[^b/  
    1. 扩展阅读 ]@A31P4t|  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 *f-8egt-  
    E}lNb  
     开始视频 jI!WE$dt  
    - 光路图介绍 \5DOp-2  
    - 参数运行介绍 'U*Kb  
    - 参数优化介绍 y^}00Z+l  
     其他测量系统示例： v5A8"&Jr  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) f#3!Q!C^  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) >A.m`w  
     
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