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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) &UH .e  
    TR3_!0  
    应用示例简述 @!/w'k 8  
     PY=(|2tb4  
    1.系统说明 -U;2 b_  
     D?~`L[}I!}  
    光源 B6&PYMFK?*  
    — 平面波(单色)用作参考光源 <i34;`)b  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) a$!|)+  
     组件 `hYj0:*)S$  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 V&82U w  
     探测器 EjLj5Z/q  
    — 功率 27q 9zi!Q  
    — 视觉评估 X3zk UMk  
     建模/设计 AcV 2l  
    — 光线追迹：初始系统概览 e"HA.t[A  
    — 几何场追迹+(GFT+)： ,Cx @]]  
     窄带单色仪系统的仿真  m~"<k d  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 EGWm0 F_  
    !-1UJqO  
    2.系统说明 5X>b(`  
    o/273I  
     t|q@~B :  
    C5mq@$6  
    3.系统参数 ``?] 13XjK  
    (0/g)gW  
     b4%sOn,  
    )P    
    @Bs7kjuX  
    4.建模/设计结果 e1a8>>bcI  
     %9ef[,WT  
    u|prVzm\m  
     5tUp[/]pl  
    总结 C}grY5 :  
     /c 3A>  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。  ! K:  
    1. 仿真  WK;X6`  
    以光线追迹对单色仪核校。 @ *W)r~ "~  
    2. 研究 gZbC[L  
    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。 e<wA["^  
    3. 应用 Q?df5{6  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 07pASZ;~  
    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。 )/VhkSXbG!  
     Pi|WOE2  
    应用示例详细内容 +[386  
    系统参数 1#rcxUSi  
     M*ZR+pq,  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 [JI>e;l C:  
    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。 [Q(FBoI|  
    dO/iL7K&  
     ^Pqj*k+F  
    v%gkQa  
    2. 系统参数 N]gJ( g  
     MDkcG"O  
    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@SL0H-6|  
    hRK&  
     f|U;4{ k  
    B",5"'id  
    3. 说明：平面波(参考) SM%N ]/@U  
    d.wu   
     采用单色平面光源用于计算和测试。 r@e/<bz9  
    b EB3 #uc  
     @ol}~&"  
    _:(RkS!x  
    4. 说明：双线钠灯光源  6/u]r  
    }J=>nL'B  
    xi5G?r  
     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。 bYs K|n  
     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)。 aU&p7y4C@  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 kD_Ac{{<  
    ']Q4SB"q  
     s2SxMFDP  
    +qN}oyL  
    5. 说明：抛物反射镜 b)+nNqY|  
    awYnlE/Z1  
    rw:z|-r  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 ;U+4!N  
     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。 l(&3s:Ud  
    (2 nSZRB  
    2HA-q),6  
    rlUo#  
     + Cf"rN  
    }57s  
    6. 说明：闪耀光栅 NUSb7<s,&Y  
    S($8_u$U  
    AvP$>Alc  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 =@e3I)D#?i  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 !{u`}:\  
    IKaa=r~  
    SSr#MIS?  
    aMU0BS"   
     G5MoIC  
    =()Vrk|uK  
    7. Czerny-Turner 测量原理 xh6Yv%\@  
     {C>E*qp}f  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 Z;v5L/;  
    CjRU3 (Q  
     io&FW!J.  
    }Gvu!a#R  
    pL [JGn  
    8. 光栅衍射效率 ,J*C'#sW  
    [I~&vLTe  
    .z+S @s[O  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 1eP`  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 7\0}te  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) *F:)S"3_~e  
     \iP=V3  
    uM"_3je{W2  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd rp&XzMwC4  
    n0a|GZyO]  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 E|,RM;7  
    EvP\;7B  
     IGnP#@`5]  
    #ET y#jKL  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 =&K8~   
    urbSprdF  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 @S<6#zR  
    7Gwo:s L  
     ln1!%B;  
    Ndz'^c  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 N^Hj%5  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 `R!%k]$  
    "@^^niSFl  
    应用示例详细内容 I/B*iW^  
     31GqWN`>$  
    仿真&结果 +RBX2$kB  
     *|4/XHi  
    1. 结果：利用光线追迹分析 vojXo|c  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 91#rP|88;  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 6 h%,%  
    VPr`[XPXb  
     oQiRjDLx  
    }?)U`zF)7}  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd s-801JpiJ  
     PcQ\o>0")  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Ul<:Yt&nI  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 z&c|2L-u6  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， J kxsua  
    q o6~)Aws  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 (O$il  
    {ePtZyo0  
     *djVOC  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ]!X[[w)  
     K>vi9,4/ks  
    3. 衍射效率的评估 tbXl5x0  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 8F K%7\V  
    nB;[;dC z  
     $@HW|Y  
    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。 7n)ob![\d  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd nX_w F`n"  
     zRMz8IC.  
    4. 结果：衍射级次的重叠 TD sjNFe3  
     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。 Ye|(5f  
     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)。 Lz&FywF-l  
     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。 tR\cS )  
     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) n-u HKBq  
     光栅方程： f hjlt#  
     N9#5 P!  
    /Un\P   
    8'ut[  
    .L~ NX/V  
    5. 结果：光谱分辨率 ti^=aB   
    TbD $lx3>  
     6j Rewj  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run if?X^j0  
     PA*1]i#2M=  
    6. 结果：分辨钠的双波段 TkR#Kzv380  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 "%YVAaN  
       ..R JHa6B  
    eH V#Mey[  
     =$y;0]7Lwi  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 i#aKW'  
    1k]L,CX  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run :PK2! 0nK  
    {PkR6.XhR  
    7. 总结 0RjFa;j  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 {oS/Xa  
    1. 仿真 !sp`oM  
    以光线追迹对单色仪核校。 pD!j#suMA  
    2. 研究 UIkO_/}  
    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。 *'*,mfk[  
    3. 应用 `An p;el  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 CTe!jMZ=  
    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。 -Q/wW4dE=  
    扩展阅读 ::_bEmk  
    1. 扩展阅读 5IA3\G}+  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 1*e7NJ/.,  
    RG=i74a  
     开始视频 gC F9XKW  
    - 光路图介绍 bk1.H@8  
    - 参数运行介绍 ,rjl|F* T  
    - 参数优化介绍 3mHP=)  
     其他测量系统示例： DS9-i2  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001)  6HPuCP  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) b%KcS&-6  
     
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