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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: 15小时前
    测量系统(MSY.0003 v1.1) ve6w<3D@  
    *G5c|Y  
    应用示例简述  n_nl{  
     >[10H8~bI/  
    1.系统说明 @b#^ -  
     #Q"O4 b:8  
    光源 q MYe{{r  
    — 平面波(单色)用作参考光源 HQP}w%8x  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) fbvbz3N  
     组件 {aYY85j  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ]3iH[,KU3  
     探测器 zDTv\3rZ4X  
    — 功率 BB$oq'  
    — 视觉评估 .L6Zm U  
     建模/设计 bM,1f/^  
    — 光线追迹：初始系统概览 M]]pTU((  
    — 几何场追迹+(GFT+)： gJ$K\[+  
     窄带单色仪系统的仿真 _+l1 b"^s1  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 tWeFEVg  
    ZraT3  
    2.系统说明 . Dg*\ h  
    5N[9 vW  
     e4>"92hX  
    M<PIeKIEB  
    3.系统参数 ``VW;l{  
    "es?=  
     _PFnh)o  
    q@hzo>[  
    U?a6D:~G  
    4.建模/设计结果 PxS4,`#~  
     jnB~sbyA  
    .xhK'}l[  
     bg,9@ }"F  
    总结 e=vsuqGT  
     ^~`?>}MJ  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 :r#)z4d5  
    1. 仿真 Ian[LbCWB  
    以光线追迹对单色仪核校。 fA/m1bYxg  
    2. 研究 s~I6SA&i  
    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。 \s"U{N-  
    3. 应用 'H5M|c$s  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Q\ /uKQ  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 )a@k]#)Skm  
     @fv}G>t  
    应用示例详细内容 j>Iaq"  
    系统参数 hpTDxh'?$C  
     40E#JF#  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 K~=UUB  
    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。 !`1'2BC  
    3pf[M{dG  
     o8e?J\?  
    Q+4tIrd+  
    2. 系统参数 X@@8"@/u|*  
     .itw04Uru  
    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。 Lip4)Y [  
    q9w~A-Oh`1  
     ^7zu<lX  
    8k q5ud  
    3. 说明：平面波(参考) s,#>m*Rh  
    kKC9{^%)  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 (=D&A<YX  
    sf&]u;^DY  
     lL1k.& |5m  
    I>L-1o|^  
    4. 说明：双线钠灯光源 8-<:i  
    s3 7'&K  
    AJ#Nenmj  
     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。 X7k.zlH7T  
     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)。 r.7$&BCng  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 `+6R0Ch  
    4pw6bK,s2\  
     87hq{tTs]  
    =zQN[  
    5. 说明：抛物反射镜 eX@L3BKp  
    N F)~W#  
    #o1=:PQaC  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 LL:_L<  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 |:8bNm5[  
    6@DF  
    }&_/PA0j  
    (5]}5W*  
     B)d(TP,>  
    d!eYqM7-G  
    6. 说明：闪耀光栅 9on@Q_7m  
    p K0"%eA  
    J2:y6kGj>  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ]U"94S U:)  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 `OSN\"\ad  
    5\z `-)  
    Omd .9  
    ,v"YqD+GC5  
     ;!yQ  
    m*JaXa  
    7. Czerny-Turner 测量原理 yPq'( PV  
     GSH>7!.#  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 5oAK8I  
    82l~G;.n3  
     Jv^h\~*jH  
    ](hE^\SC  
    d3xmtG {i  
    8. 光栅衍射效率 ~@}Bi@*  
    B {>7-0  
    =E.wv  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 YPxM<Gfa8  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 .mR8q+I6  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) {;2PL^i  
     _bNzXF  
    a |X a3E  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 4t=G   
    vam;4vyu  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 \kZ?  
    ez| )ph7  
     vX.VfY  
    +U3DG$  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 }~L.qG  
    x7Yu I  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ,y#Kv|R  
    9iQq.$A.  
     uLV#SQ=bZN  
    u ,KD4{!  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 .6Pw|xu`Pw  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 vw9@v`k  
    x<ZJb  
    应用示例详细内容 6^`1\ #f  
     #"G]ke1l$  
    仿真&结果 p^w;kN  
     'd9INz.  
    1. 结果：利用光线追迹分析 X9V*UXTc  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 vQ 6^xvk]  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 r97pOs#5:  
    ) AvN\sC  
     s*.hl.k.  
    U2W|:~KM  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd JkbQyn  
     Wi)_H$KII  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 nWw":K<@Q_  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 ;@oN s-  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ZbdZ rE$  
    m+]K;}.}R  
     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。 NXrJfp  
    3EPv"f^V  
     N2;B-UF 7  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms o6.^*%kM'  
     rC^WPW  
    3. 衍射效率的评估 s Z].8.  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 (@fHl=! Za  
    VY7[)  
     I 7{T  
    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。 Pd_U7&w,5  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd [1Qo#w1  
     inMA:x}cF1  
    4. 结果：衍射级次的重叠 SE1=>S%p  
     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。 qm/22:&v5  
     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)。 <h0?tv]  
     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。 |ATvS2  
     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) D2Kp|F;  
     光栅方程： g}1B;zGf  
     Z 2V.3  
    G[uK-U  
    . YAT:;L  
    #lL^?|M  
    5. 结果：光谱分辨率 P@V0Mi),  
    K0|FY=#2y  
     ymhtX6]  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run U:0mp"  
     ];[}:f  
    6. 结果：分辨钠的双波段 Nk? ^1n$  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 $ r@zs'N  
       bN1|q| 9  
    *&^Pj%DX  
     t%/&c::(6  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 l<58A7  
    0d)M\lG  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run FrGgga$  
    \/r}]Vz  
    7. 总结 H)kwQRfu  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 BLQ6A<  
    1. 仿真 &[?\k>  
    以光线追迹对单色仪核校。 823Y\x~>  
    2. 研究 O:;w3u7;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。 ;u_X)  
    3. 应用 J?"B%B5c  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 NX*Q F+  
    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。 +SR+gE\s0  
    扩展阅读  MzdV2.  
    1. 扩展阅读 6_GhO@lOG  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 > PRFWO  
    V1N3iI  
     开始视频 vxBgGl  
    - 光路图介绍 c<:-T  
    - 参数运行介绍 xX&+WR  
    - 参数优化介绍 oGnSPI5KGC  
     其他测量系统示例： |.: q  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) i#n0U/  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) M6 "PX *K  
     
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