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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) :eK;:pN  
    S.9ki<  
    应用示例简述 QY,.|  
     HR85!S`  
    1.系统说明 3f`+ -&|M  
     {YCquoF  
    光源 |M?yCo  
    — 平面波(单色)用作参考光源 #L-3eW=f  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) Fejs9'cB  
     组件 8F(_Vqu  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 9HOdtpQOV  
     探测器 lO-:[@  
    — 功率 *g^U=t  
    — 视觉评估 +"!,rZ7,A  
     建模/设计 t@Qs&DZ7k  
    — 光线追迹：初始系统概览 _MZqH8  
    — 几何场追迹+(GFT+)： PrIS L[@  
     窄带单色仪系统的仿真 xz FV]  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 .1u"16_  
    yfS`g-j{~  
    2.系统说明 C:n55BE9  
    a*d>WN.;U  
     $/%|0tQ  
    (hefpqpi  
    3.系统参数 0kI.d X)  
    kfo, PrW`A  
     ]3_oT^$:  
    L;=<d  
    k`W.tMo  
    4.建模/设计结果 .y{qsL^P  
     iHo2=Cz  
    7E$ e1=  
     ,z1X{  
    总结 YCwfrz  
     lvi~GZ  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 I U/HYBJH  
    1. 仿真 +*3\ C!  
    以光线追迹对单色仪核校。 7d?'~}j  
    2. 研究 !GcH )  
    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。 C+-xC~  
    3. 应用 @ oE [!  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 !Y3w]_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。 Int 6xoz  
     />(e.)f  
    应用示例详细内容 3&kHAXzM  
    系统参数 :] Jwcp  
     NAjK0]SRY  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 `Td0R!  
    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。 X8Px  
    lH/d#MT   
     87zsV/  
    h Ns<Ae  
    2. 系统参数 \$ L2xd  
     -A>1L@N  
    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。 yZbO{PMr  
    N<$U:!Z  
     GMLq3_'  
    h >w4{u0  
    3. 说明：平面波(参考) dOArXp`s  
    R=~+-^O!  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 "gXz{$q  
    `#hdb=3  
     D^To:N 7U  
    KwOn<0P  
    4. 说明：双线钠灯光源 0"$Ui#r`  
    c6 cGl]FL  
    @2-Eky  
     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。 r#wMd9])  
     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)。 0n+Wv @/  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 +Gi~VW.  
    ygr[5Tl  
     Q*mzfsgr  
    OwrzD~  
    5. 说明：抛物反射镜 QD%~ A0  
    $Ml/=\EHOg  
    ,p/iN9+Z  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 /w{DyHT  
     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。 ,9gyHQ~  
    S`TP#uzKu]  
    ymSGB`CP  
    Rm 1obP  
     dhpEB J  
    XX",&cp02V  
    6. 说明：闪耀光栅 J]5 sWs  
    x]lv:m\)jT  
    Q4r)TR,  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 $;Lb|~  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 :BG/]7>|V  
    orCD?vlh  
    d paZ6g  
    ?as)vYP  
     P9v N5|"M  
    P 0,) Gw  
    7. Czerny-Turner 测量原理 i/R8Gb  
     nY"9"R\.=  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 {.O Bcx  
    utKtxLX"  
     7. 9n  
    :-7`Lfi@%  
    iPX6 r4-  
    8. 光栅衍射效率 \k_0wt2x1  
    I{AteL  
    LF?83P,UJ#  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 aPaGnP:^  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 *_}|EuY  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) g2.%x \d  
     RRig  
    x;89lHy@e  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd h7<Zkf  
    kxp$Nnk  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 JyWBLi;Z  
    ao>bnRXR  
     _In[Z?P}  
    '`$a l7D  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 <_-&{Pv  
    cZT;VmC  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 #z 3tSnmp  
    |rkj$s,  
     x&7% U  
    !xyO  
     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)。 Ps5UX6\ .m  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 K <7#;  
    GJW+'-f  
    应用示例详细内容 6*%3O=*  
     AYHB?xOpR  
    仿真&结果 1XQJ#J1/  
     xcr=AhqM  
    1. 结果：利用光线追迹分析 gE%{#&*  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 oomB/"Z  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 eW#U<x%P  
    ) \Mwv&k1  
     pe=Ou0  
    YJ_`[LnL  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd  Hi#'h  
     &x19]?D"+  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 jca7Cx`sm  
     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)。 {ve86 POY  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Va,M9)F  
     uZ][#[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。 ~Fv&z'R  
    +hL+3`TD#H  
     g=.~_&O  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms -=,%9r  
     eSf e s  
    3. 衍射效率的评估 I9P< !#q>  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 2MwR jh_  
    dk~h  
     l^4[;%*f#l  
    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。 'bp*hqG[  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Vzf{gr?  
     dO.?S89L  
    4. 结果：衍射级次的重叠 ;V]EF  
     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。 &P{  
     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@8=2u  
     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。 ;m$F~!Y  
     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) ]z`Y'wSxd  
     光栅方程： Q/r0p>  
     X||Z>w}v  
    6J0HaL  
     {n}6  
    .QOQqU*2I  
    5. 结果：光谱分辨率 d&'z0]mOe  
    $,"{g<*k;  
     U*F|Z4{W  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 9frP`4<)  
     -dbD&8  
    6. 结果：分辨钠的双波段 H pXMPHd  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ?z0f5<dL  
       2zR*`9$  
    yZ3/Ia>,  
     Srj%6rgsB  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 .{ ^4I  
    M$ g%kqa  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run f%9EZ+OP  
    X1G[&  
    7. 总结 7 y}b (q=  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 /9dV!u!;  
    1. 仿真 $@d`Kz;  
    以光线追迹对单色仪核校。 _l]`Og@Y  
    2. 研究 YAnt}]u!"  
    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(Q v78F  
    3. 应用 Q(h,P+  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 EJY[M  
    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。 M>J8J*  
    扩展阅读 0 z{S@  
    1. 扩展阅读 ^57[&{MuBF  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 *>%34m93  
    +:1ay^YI  
     开始视频 pgz3d{]ua  
    - 光路图介绍 o>#<c @  
    - 参数运行介绍 @OAX#iQl  
    - 参数优化介绍 6'ye-}vD-  
     其他测量系统示例： ^zkTV_,cRp  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) R-]QU`c  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) %Q"zU9  
     
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