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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) N:CQ$7T{ j  
    mP=[h |a$r  
    应用示例简述 xXc>YTK'  
     ,"KfZf;?  
    1.系统说明 zVa&4 T-  
     Alo L+eN@  
    光源 x.4z)2MO  
    — 平面波(单色)用作参考光源 :|$cG~'J  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) s7HKgj  
     组件 LR{bNV[i  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 4lWqQVx  
     探测器 :p,|6~b$  
    — 功率 V0rQtxE{F  
    — 视觉评估 I 44]W&  
     建模/设计 5eE\ X /  
    — 光线追迹：初始系统概览 W~2,J4=  
    — 几何场追迹+(GFT+)： S0Io$\ha  
     窄带单色仪系统的仿真 8zpzVizDG  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 QeC\(4?  
    7y&6q`y E  
    2.系统说明 z HvE_ -  
    y/ Bo 4fM  
     4I$Y"|_e  
    G<=I\T'g;  
    3.系统参数 #g0_8>t  
    ;ne`ppz0  
     Pc=ei  
    |(ab0b #  
    Ow*va\0  
    4.建模/设计结果 p^*a>d:d]  
     ap'La|9t>  
    tkR~(h  
     3cgq'ob  
    总结 {hJCn*m_   
     Z$g'h1,zW  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 38T] qz[Sn  
    1. 仿真 Sh1$AGm  
    以光线追迹对单色仪核校。 Gp \-AwE  
    2. 研究 5I,NvHD4  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 yf0v,]v[  
    3. 应用 A$N%deb  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 qR!ZtJ5j  
    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。 z,$uIv}'@  
     ZzNHEV  
    应用示例详细内容 gm2|`^Xq$  
    系统参数 v@OELJX  
     _AFje  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 4K'U}W  
    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。 Dk a8[z7  
    km C0.\  
     K=HLMDs  
    -&`_bf%M  
    2. 系统参数 :d9GkC  
     3e;|KU   
    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。 c5$DHT @N"  
    krFp q;  
     #7Q9^rG  
    1t^y?<)  
    3. 说明：平面波(参考) u-|%K.A  
    8^+|I,  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 K=o {  
    }a[]I%bu 2  
     $(;Ts)P  
    U`=r .>  
    4. 说明：双线钠灯光源 5hy7} *dR  
    |v%$Q/zp&  
    |(*btdqy3  
     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。 (E@;~7L  
     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)。 Yg '(  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 lqv}~MC  
    -e(<Jd_=  
     0ZDm[#7z  
    9) ]`le  
    5. 说明：抛物反射镜 nw- -  
    q6$6:L,<  
    { 'A 15  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 4 qsct@K,  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 5]]QW3  
    ]Xnar:5  
    75^*4[  
    Lf ^ 7|  
     >S`=~4  
    T_c`=3aO  
    6. 说明：闪耀光栅 6wB !dl  
    hs;|,r  
    vb0Ca+}}  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 <:/aiX8  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 CPNV\qCY  
    O}cfb4"  
    p+b9D  
    ,?j!c*  
     ~m=Z>4M  
    6zU0 8z0-  
    7. Czerny-Turner 测量原理 0K.$C~ C  
     {`2 0'  
    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。 Ja*,ht(5  
    gM1:*YK  
     {)r[?%FMgV  
    OI)k0t^;D  
    TTj] _R{n  
    8. 光栅衍射效率 =r]_$r%gR  
    #Qz 9{1\G  
    4jZt0  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 Uhh[le2 %  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 EiM\`"o  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) <LBCu;  
     md{1Jn"  
    |Zn,|-iW  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd NPBOG1q%  
    C|FI4/-e  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 j/uMSE  
    GPs4:CIgG  
     nrpbQ(zI*  
    j y p.2c  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ZyC[w 7$I2  
    ,bzgjw+R5  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ?j!/ Hc/b4  
    C\C*@9=&x  
     :WH0=Bieh  
    ;2BPEo>z9  
     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)。 GF<SQHL,  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 =hh,yi  
    #CeWk$)m  
    应用示例详细内容 S,+|A)\#  
     Vz,"vBds  
    仿真&结果 $dt* 4n'  
     6 ;\>,  
    1. 结果：利用光线追迹分析 ,5*<C'9  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 %tkL<e  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 K^AIqL8  
    "[L+LPET  
     ]Ah<kq2sk  
    =snJ+yn!  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd `$;%%/tx  
     J(,gLl  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 'OYnLz`"6  
     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)。 +>mU4Fwp  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Y-DHW/Z~  
    y7R{6W_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。 Y#-pK)EeU  
    Dm;aTe  
     =p!Hl#  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ]'i}}/}u2  
     vN)l3  
    3. 衍射效率的评估 1NlpOVq:)  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 UD]RWN  
    )Oj%3  
     2;ogkPv'  
    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。 P.t7_v>  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ^MZ9Zu_  
     ?B4X&xf.D  
    4. 结果：衍射级次的重叠 +JFE\>O  
     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。 +-:G+9L@  
     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)。 CM%;r5  
     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。 `Yu4h+T  
     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) O`0A#h&No  
     光栅方程： 0_map z  
     <m?/yRE K2  
    f+dj6!g5/  
    0R?LWm j  
    ATU]KL!{  
    5. 结果：光谱分辨率 RZKczZGZg  
    ^pa -2Ao6  
     v/7iu*u  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 7;:Uv=  
     KA0_uty/T  
    6. 结果：分辨钠的双波段 )VR/a  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 {{ 4S gb  
       ZNbb8v  
    L{i|OK^e  
     1|\/2  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 mOi 8W,2  
    lW YgIpw  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 7(= 09z  
    6m{1im=  
    7. 总结 wS1zd?  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ob.=QQQs  
    1. 仿真 7j L.\O  
    以光线追迹对单色仪核校。 ?wS/KEl=O  
    2. 研究 5PCKBevV  
    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。 y]ZujfW7  
    3. 应用 G^Yg[*bJ^$  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 rw ou[QU  
    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。 % g*AGu`  
    扩展阅读 r$Ck:Q}  
    1. 扩展阅读 wi/dR}*A  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 .q7o7J%  
    7vs>PV  
     开始视频 %CiZ>`5n#  
    - 光路图介绍 ({AqL#x`u  
    - 参数运行介绍 o}K!p %5_  
    - 参数优化介绍 [6Gb@jG  
     其他测量系统示例： j5>3Td.  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) V ZArdXTP  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ENi@R\ p  
     
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