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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) F[Sat;Sll  
    ".<p R} qp  
    应用示例简述 Ec 7M'~1  
     lGhUfhk  
    1.系统说明 59 Y=VS  
     ;f~'7RKy!G  
    光源 b;l%1x9r  
    — 平面波(单色)用作参考光源 O8o18m8UH  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) cA2]VL.r>C  
     组件 ix`xdVj`  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 .r'.5RI A  
     探测器 jQ}| ]pj+  
    — 功率 0u\@-np  
    — 视觉评估 Bx >@HU  
     建模/设计 _Y {g5t  
    — 光线追迹：初始系统概览 ,u2<()`8D  
    — 几何场追迹+(GFT+)： V=~dgy ~@  
     窄带单色仪系统的仿真 %b6wo?%*  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 GXVGU-br  
    mH .I!  
    2.系统说明 6si-IJ  
    E}2[P b)e  
     92Iv'(1ba  
    S5TT  
    3.系统参数 kGP?Jx\PkH  
    74#@F{w  
     cTp+M L  
    B,T.bgp\  
    $*R9LPpk+  
    4.建模/设计结果 @oNrR$7  
     oZtz"B  
    Cj9Tj'0@I+  
     amgex$  
    总结 ! +7ve[z  
     W9~datIh>  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 yI<'J^1C[  
    1. 仿真 %BKTN@;7  
    以光线追迹对单色仪核校。 H'.eqZM  
    2. 研究 [~wcHE  
    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。 &YNhKm@"  
    3. 应用 6:pN?|=6X  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 qcF{Kex"  
    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。 Xy +|D#b  
     mgWtjV 8  
    应用示例详细内容 }kDrUnBk  
    系统参数 K<tg+(3  
     )j'b7)W\  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 n>UvRn.7kz  
    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。 A )cb  
    NYeg,{q  
     uItKsu  
    +6*I9R  
    2. 系统参数 ):@B1 yR  
     H@:@zD!G[  
    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。 qxx.f5 8H  
    {Xj%JE[V  
     Wwz{98,K  
    VrK5a9*^  
    3. 说明：平面波(参考) jG#sVK]  
    Fz% n!d  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 2RCnk&u  
    l?;S>s*\?  
     t JP(eaqZ  
    14R))Dz"  
    4. 说明：双线钠灯光源 +#no$m.bH  
    3'wBX  
    cg5DyQ(  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 "oQ@.]-#  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 mq L+W  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 T$e_ao|  
    By9/tB  
     ilP&ctn6+c  
    .z"[z^/uF  
    5. 说明：抛物反射镜 ?0x;L/d])  
    YS*t7  
    I}X8-WFB  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 'zaB5d~l  
     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。 e+mD$(h  
    7o<RvM  
    I(.XK ucU  
    >Vvc55z  
     :vjbuqN]  
    ;#due  
    6. 说明：闪耀光栅 0/Csc\Xl  
    0U<9=[~q7@  
     ulQE{c[  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Q%a4g  
     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 y}VKFRky  
    bpzA ' g>  
    KR*/yeG!E  
    ZD/!C9:&.0  
     8c9_=8vw  
    "7g: u-  
    7. Czerny-Turner 测量原理 ]WG\+1x9  
     ^6`U0|5mRX  
    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。 h5JXKR.1]c  
    n;U|7it7  
     6=   
    o|+tRl  
     7;XdTx  
    8. 光栅衍射效率 mXr)lA  
    Umqm5*P(  
    Lv_>cFJ}[  
     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。 w3*JVIQC  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 <1y%ch;  
     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) u1uY*p  
     (w.B_9#  
    B 5?(gb"  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd r~sGot+sQA  
    O@[q./VV,  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 8wBns)wy@  
    v1} $FmHL"  
     dL"v*3Fy  
    4avM:h  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 {E9Y)Z9  
    /4|qfF3  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ,Yo In  
    i@2?5U>h  
     ':Te#S  
    rg`"m  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 b;yhgdFx  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 P=h2Z,2  
    6ul34\;  
    应用示例详细内容 aAX 8m  
     xkX, l{6  
    仿真&结果 )b =$!  
     e0D;]  
    1. 结果：利用光线追迹分析 {PfE7KH  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Q/< $ (Y  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 9TF[uC)-2  
    1:,aFp>qr  
     k8h$#@^  
    }p#S;JZRu+  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd w,\Ua&>4  
     <_NF  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 r6^DD$X  
     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)。 t0wLj}"U  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， xT@\FwPr  
    E_xpq  
     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。 _-EHG  
    ?vZ&CB  
     7c+u+Yet  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms % $ 5hC9  
     Tj.;\a|d  
    3. 衍射效率的评估 r`" ?K]rI  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。  yXDf;`J  
    $ @^n3ZQ4  
     p<$z!|7m  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 =Y89X6  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ^7(zoUn:  
     (ttO O45  
    4. 结果：衍射级次的重叠 r|&qXb x  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 qD%Jf4.0j  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 -tDmzuD6  
     0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 gllXJM^ -  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) JK,k@RE y]  
     光栅方程： T9u/|OP  
     ^oA^z1>3  
    s7=]!7QGS!  
    &!~q#w1W-5  
    Wvcj\2'yd  
    5. 结果：光谱分辨率 wJ+"JQY.J+  
    Zr`:A$  
     HmQuRW  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run D7 .R NXo  
     4j/8Otn  
    6. 结果：分辨钠的双波段 n- p|7N  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 #S QFI;zj  
       !k&<  
    [t,7H  
     P E.^!j  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 VTD'D+ t  
    i5|!M IY  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run KbSIKj  
    BLfoU_Z  
    7. 总结 Cvq2UNz(R  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 l 4(-yWC$H  
    1. 仿真 z$;z&X$j  
    以光线追迹对单色仪核校。 !x|Ok'izDL  
    2. 研究 q S2#=  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 \Z<' u;  
    3. 应用 Haiuf)a  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 '@rGX+"  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 y1f&+y9e  
    扩展阅读 OZ0q6"  
    1. 扩展阅读 wn5CaP(]8  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 N3i}>Q)B  
    "<NQ2Vr]5  
     开始视频 =3Y?U*d  
    - 光路图介绍 ~- JkuRJ\  
    - 参数运行介绍 `AQv\@wp  
    - 参数优化介绍 Ql!$e&A|l  
     其他测量系统示例： HBeOK  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) umK~K!i  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) <SOC  
     
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