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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) q~3&f  
    KkY22_{ac  
    应用示例简述 G!\x c  
     FuKNH~MevQ  
    1.系统说明 *l//r V?l  
     F0\ry "(t  
    光源 riL!]'akV  
    — 平面波(单色)用作参考光源 9E^p i LA  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) #t O!3=0  
     组件 D\R^*k@V  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ,3j7Y5v  
     探测器 =X*E(.6Ip  
    — 功率 <Va>5R_d<  
    — 视觉评估 \K6J{;#L  
     建模/设计 S\A[Z&k 0  
    — 光线追迹：初始系统概览 J^:~#`8  
    — 几何场追迹+(GFT+)： UwU]l17~  
     窄带单色仪系统的仿真 9m6j?CFG}  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 MF`'r#@:wa  
    fW _.  
    2.系统说明 (XJQ$n  
    i'<1xd(`  
     B pT&vbY  
    9x!y.gx  
    3.系统参数 bed+Ur&  
    '_)t R;s  
     mxGN[ %ve  
    fsd>4t:" \  
    GHY>DrXO1u  
    4.建模/设计结果 ny={V*m  
     -cgukl4Va  
    27:x5g?  
     Oe`t!&v  
    总结 IJ; *N  
     3;:V1_JA  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 x3 |'jmg  
    1. 仿真 ub5hX{uT  
    以光线追迹对单色仪核校。 '9@R=#nd  
    2. 研究 ?C35   
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 =L%3q<]p  
    3. 应用 #cS,5(BM  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 9 NQq=@  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 N&=2 /  
     ]?{lQ0vw'w  
    应用示例详细内容 LnS >3$t*  
    系统参数 hm>*eJNp]  
     J B@VP{  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 Z"X*FzFo  
    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。 o"[bIXf-h  
    uszSFe]E  
     +_P 2S  
    Bw.&3efd  
    2. 系统参数 0(x@ NGb>{  
     "~C#DZwt{  
    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。 rrYp^xLa`  
    :* b4/qpYv  
     VAGMI+ -  
    ZnLk :6'  
    3. 说明：平面波(参考) X:&p9_O@  
    ]bb}[#AY  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 3ohcHQ/a  
    yuEOQ\!(u  
     +Q31K7Gr  
    %+ a@|Z   
    4. 说明：双线钠灯光源 XS 8~jBjx  
    9PK-r;2  
    389.&`Q%Ut  
     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。 CL :M>(  
     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)。 Eu.qA9,@U  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 +|)1_NK  
    } <4[(N  
     \N+Ta:U1P  
    wS*CcIwj  
    5. 说明：抛物反射镜 t<,p-TM]  
    O&iYGREO  
    %C0O?q  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 b.q"s6u  
     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。 h\*rv5\M  
    ,9wenr  
    h!av)nhM  
    '8kjTf#g<l  
     %yM' Z[-  
    |#:dC #  
    6. 说明：闪耀光栅 .y9rM{h}b  
    =GKYroNM  
    &d3'{~:  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 -u9yR"n\}  
     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 H9Q7({v  
    8pMZ~W;  
    ?En| _E_C  
    RG r'<o)  
     -s%-*K+,W  
    s8Ry}{  
    7. Czerny-Turner 测量原理 *r,&@UB  
     w[7.@%^[  
    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。 3p 1EScH  
    G<-9U}~76  
     p$1Rgm\  
    l3?,gd.-  
    NU&^7[!yl  
    8. 光栅衍射效率 7M#$: Fdb  
    u4,X.3V]A  
    ]VG84bFm  
     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。  ]RX tC*  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 nR@,ouB-$  
     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) u~- fK'/!|  
     JlDDM %  
    4 ^~zN"6]  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd pG F5aF7T  
    w^rb|mKo  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 5Jhbf2-  
    R(? <97  
     gUH'DS]{  
    SXo[[ao  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 t>6x)2,TC  
    .W@4vrp@  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 F'>GN}n  
    B==a  
     s 9|a2/{  
    5}MlZp  
     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)。 }]g95xT  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 L>~@9a\jO  
    ()nKug`.@  
    应用示例详细内容 0qL V(L  
     b y|?g8  
    仿真&结果 FJd8s*  
     V3 _b!  
    1. 结果：利用光线追迹分析 >1a \ %G  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 )`s;~_ZZ  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 %EVV-n@  
    TvWU[=4Yk  
     ?zhI=1 ED%  
    z>mZT.  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd L* k hj3;  
     o,CA;_  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 iFnOl*TC  
     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)。 ~X~xE]1o|U  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Wd^lt7(j  
    QxL@'n#5   
     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。 UVT >7  
    +24|_Lx0  
     $#G6m`V  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms |B%BwE  
     N /sEec  
    3. 衍射效率的评估 ?z5ne??  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 J}) $  
    $^vp'^uW>  
     Wkg*J3O  
    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。 \'; t*  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd "M9TB. O  
     RRS~ xOg  
    4. 结果：衍射级次的重叠 Dm|gSv8d,  
     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。 `jb0 +{08  
     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)。 Avs7(-L+s  
     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。 W+d 9cM=  
     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) u}-d7-=  
     光栅方程： aQ!9#d_D  
     vx\nr8'k  
    G *mO&:q  
    b?Cmc  
    'GV&]   
    5. 结果：光谱分辨率 <CNE>@-f  
    ERp:EZ'  
     E1c>nrnh*  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run q3c*<n g#  
     @@xO+$6  
    6. 结果：分辨钠的双波段 Q7CwQi  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 o5N]((9  
       \3t,|%v  
    Wk/fB0  
     'v'` F*6  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 U9<_6Bsd  
    b(q$j/~ zb  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run F3r S6_  
    I6K7!+;2  
    7. 总结 #2Ac  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 W;fH&r)d@  
    1. 仿真 5h|'DO x|o  
    以光线追迹对单色仪核校。 <)_:NRjBF&  
    2. 研究 **T:eI+  
    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。 DapQ}2'_  
    3. 应用 ky'|Wk6   
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 W.yV/fu  
    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。 pGY [f@_x-  
    扩展阅读 MS{Hz,I,  
    1. 扩展阅读 r> Fec  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 E/:+@'(k  
    nHI(V-E2:H  
     开始视频 kj x>  
    - 光路图介绍 xh{mca>?G  
    - 参数运行介绍 lP}od  
    - 参数优化介绍 Q8 -3RgAw  
     其他测量系统示例： ^Lsc`<xC  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) qzz[y#q(  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) jZa25Z00  
     
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