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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) %Ak"d+OH4  
    ]fg?)z-Z  
    应用示例简述 hVo]fD|W  
     OV8Y)%t"  
    1.系统说明 |f;u5r!^=  
     7Rqjf6kX`O  
    光源 ,Ua`BWF  
    — 平面波(单色)用作参考光源 Ufd{.o[{-  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) 2uu"0Rm%  
     组件 `j{ 5$X  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 hdJW#,xq  
     探测器 V6)\;c  
    — 功率 }D j W  
    — 视觉评估 i9+(gX(t  
     建模/设计 ~ \z7$9Q  
    — 光线追迹：初始系统概览 %GQPiWu  
    — 几何场追迹+(GFT+)： ,rx?Ig}k z  
     窄带单色仪系统的仿真 JK34pm[s  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 $e1==@ R  
    w K0vKdi  
    2.系统说明 gBGUGjVj  
    Elw fqfO  
     *P]FX-D3  
    AAUFX/}8P  
    3.系统参数 0+p <Jc!  
    U0G(  
     MlVN'w  
    Li)rs<IX;m  
    _0p8FhNt  
    4.建模/设计结果 4/e|N#1`;[  
     97;`R[^J  
    C&?Z\$ -/  
     #lXwBfBMf  
    总结 P0,@#M&  
     Y@N-q   
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ( `T;nz  
    1. 仿真 ?o307 r  
    以光线追迹对单色仪核校。 g.$a]pZz  
    2. 研究 {2QCdj46  
    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。 ]/&qv6D*d  
    3. 应用 ~Ry?}5&:  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 30 e>C  
    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。 VJquB8?H  
     },<(VhP  
    应用示例详细内容 8>Az<EF^=#  
    系统参数 o6L\39v_  
     KG7 ~)g  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 ObJgJr  
    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。 r$<-2lW  
    *9Eep~ 6  
     L[;U Z)V@  
    9n\:grW  
    2. 系统参数 p,#t[K  
     +P YX.  
    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。 5DB4vh  
    mN+ w,  
     Y~vyCU5nWR  
    ?}p~8{ '  
    3. 说明：平面波(参考) x -CTMKX  
    tgk] sQY  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 zM:&`6;e  
    ,i0Dw"/u  
     C]/]ot0%t  
    Q> OBK&'  
    4. 说明：双线钠灯光源 $aIq>vJO9  
    %a\!|/;6  
    iN\m:m  
     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。 WTWONO>  
     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)。 Bgw=((p  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 `p qj~s  
    rf@Cz%xDD  
     %0-fn'  
    l=+hs  
    5. 说明：抛物反射镜 v/ $~ifY"  
    p~LTu<*S  
    y^OT0mZkg  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 w~+C.4=7  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 =17d7#-  
    MK1V1F`  
    GhlbYa  
    vMD%.tk  
     4\?z^^  
    !UPKy$  
    6. 说明：闪耀光栅 VPC7Dh%.  
    :`jB1rI  
    )-jA4!&  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 _mBFmXHHS$  
     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 19#s:nt9  
    '.{tE*  
    w; rQ\gj  
    3haR/Y N  
     \ t=ls  
    `#g62wb,HY  
    7. Czerny-Turner 测量原理 'sII/sq`(  
     o54/r#~fi  
    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。 H^TU?vz} <  
    ?b,4mDptE  
     !4Oj^yy%  
    ]S2F9  
    b7uxCH]Z  
    8. 光栅衍射效率 *(+*tj cWa  
    )G+D6s23  
    P* Z1Rs_  
     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。 6x*$/1'M3;  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 jx=5E6(h  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) a62'\wF>D  
     yhPO$L  
    S'  <X)  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd @r130eLh  
    ;#/Uo8  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置  9M]%h  
    5$PDA*]9  
     +|K/*VVn`  
    S\poa:D`  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 [<nmJ-V  
    .wpp)M.w;H  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 6Cpn::WW}  
    J/k4CV*li(  
     C#l9MxZE  
    oF(=@UL  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 F'^y?UP[  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Ny" "lcy  
    dq4t@:\o0  
    应用示例详细内容 7`P1=`..  
     oC  }  
    仿真&结果 -)pVgf  
     KvvG H-]  
    1. 结果：利用光线追迹分析 }C'h<%[P  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 O<\h_   
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 RD_l  
    cx_$`H  
     gw^X-  
    Rq[VP#  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 3E$h W  
     FdE9k\E#/)  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 +\GuZ5`  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 gk^`-`P  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， s~b!3l`gu  
    3bK=Q3N  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 w:|YOeP  
    1 F+$\fLr  
     X B[C&3I  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms $.Qu55=z<  
     >U#j\2!Sg  
    3. 衍射效率的评估 C%QC^,KL  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 'iikcf*)C  
    A5 <T7~U  
     JPmZ%]wA  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 T,uVt^.R+  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Wg[ThaZ  
     5cZKk/"Ad}  
    4. 结果：衍射级次的重叠 'Im&&uSkr  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 HI!bq%TZ4  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 lj+}5ySG/  
     0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 G&\!!i|IQ  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) `XK+Y  
     光栅方程： ^!x}e+ o  
     Q^ |aix~ K  
    W't.e0L<6  
    QV*W#K\7q  
    L.$+W}  
    5. 结果：光谱分辨率 40Z/;,wp{  
    Jh`6@d  
     e*/ya8p?  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run tg%C>O  
     3=Va0}#&  
    6. 结果：分辨钠的双波段 0qk.NPMB0  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 tbq_ Rg7s  
       F^}n7h=qk  
    fS- 31<?  
     (IIOVv 1J  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 ;h#nal>w@S  
    b1t7/q  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run L}.V`v{zc  
    xOXCCf/  
    7. 总结 F<^93a9  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 fH[:S9@  
    1. 仿真 tX.{+yyU  
    以光线追迹对单色仪核校。 Jm {~H%  
    2. 研究 :rX/I LAr  
    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。 -nKBSls  
    3. 应用 u9^R ?y  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ^bckl tSo  
    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。 #zv'N  
    扩展阅读 "Qxn}$6-  
    1. 扩展阅读 bcy( ?(  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 &`A2&mZ  
    4j h4XdH  
     开始视频 ^"\., Y  
    - 光路图介绍 fP 5!`8  
    - 参数运行介绍 *|Fl&`2  
    - 参数优化介绍 `A o;xOJ  
     其他测量系统示例： > [|SF%  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Le':b2o  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) fl18x;^I  
     
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