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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) +DSbr5"VlB  
    \Nik`v*Pd  
    应用示例简述 x%X3FbF]  
     E~q3o*  
    1.系统说明 e[x,@P`  
     fAStM:  
    光源 *}:P  
    — 平面波(单色)用作参考光源 MkVv5C  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) 6 p;Pf9 f  
     组件 %tkqWK:  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 N''xdz3Z  
     探测器 ; t7F%cDA  
    — 功率 v0WB.`rO  
    — 视觉评估 0e>?!Z E  
     建模/设计 r|Uz?  
    — 光线追迹：初始系统概览 Y]R=z*i%  
    — 几何场追迹+(GFT+)： n)cc\JPQ  
     窄带单色仪系统的仿真 vyc<RjS_x  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 q@1A2L\Om  
    M97+YMY)  
    2.系统说明 e+Mm!\ ;`  
    ~mH'8K|l  
     ?>=vKU5  
    +:#g6(P]  
    3.系统参数 G|?V}pZ  
    5FJ%"5n&  
     QncjSaEE  
    Y edF%  
    S]ndnxy"b  
    4.建模/设计结果 j}h%, 7  
     T?n[1%K  
    Zjc/GO  
     UQ e1rf  
    总结 Nde1`W]:  
     T/L\|_:'  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 |c]L]PU  
    1. 仿真 N:^4On VR  
    以光线追迹对单色仪核校。 <p_2&& ?  
    2. 研究 -RThd"  
    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。 huin?,eGz  
    3. 应用 TTxSl p2=;  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Xp|$z~  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 HBa6Y&)<  
     K!88 Nox(  
    应用示例详细内容 ~bjT,i  
    系统参数 (n{!~'3  
     6:TA8w|  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 3V/|"R2s  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 'Ya-;5Y]  
    wlX K2D  
     28,HZaXhc  
    +m6acu)N.  
    2. 系统参数 4kLTKm:G  
     -F-,Gcos  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 !:dhK  
    1b"3]?  
     rOq>jvy  
    YcuHYf5  
    3. 说明：平面波(参考) ) ]]PhGX~  
    x@"`KiEUs  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 U[l{cRT   
    {cYbM[}U"  
     Q%RI;;YyA  
    LfS]m>>e  
    4. 说明：双线钠灯光源 N Y~y:*:Q  
    ,`l8KRd  
    gNo}\ lm4V  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 N u9+b"Wr  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 _S#3!Wx  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ?t];GNU`l  
    B6a   
     <DM:YWNa  
    AVv 8Hhd  
    5. 说明：抛物反射镜 h/F,D_O>ZO  
    @8 GW?R  
    6P*2Kg`  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 Lv?e[GA  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 `]:&h'  
    B&)o:P7h  
    QZ51}i  
    'xY@ I`x  
     c 7uryL  
    O(QJiS  
    6. 说明：闪耀光栅 pI|H9  
    u ?n{r  
    Xz, sL  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 cU'^ Ja?%  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 _n+./ B  
    ~?)ST?&  
    7Q9zEd" d  
    bJE$>  
     ;tF7 GjEp  
    <v)Ai;l,  
    7. Czerny-Turner 测量原理 CL$mK5u  
     g2<xr;<t^  
    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。 ? N|B,F  
    e>kw>%3bl9  
     0r+%5}|-K  
    &r;4$7  
    *zy0,{bl  
    8. 光栅衍射效率 "yI)F~A  
    B%L0g.D"  
    l*]L=rC  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 v |XEC[F  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 ^6~CA  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) [Uezi1I  
     ) tGC&l+?/  
    P(W7,GD,k  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd j`\}xDg  
    _AQ :<0/#  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 DiAPs_@  
    h{]l?6`  
     WZ'3  
    @fp(uu  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 )#r]x1[Kn  
    <BQ4x.[  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 YSt']  
    KX9+*YY,  
     4ow)vS(  
    _EOQ*K#=Ct  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 j]6j!.1  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Gu&?Gn oc  
    PK u+$  
    应用示例详细内容 iwL\Ha  
     v\t$. _at  
    仿真&结果 {3C~cK{  
     j ij:}.d6  
    1. 结果：利用光线追迹分析 dapQ5JT/  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 b IcLMG s  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 :h N*  
    .8l\;/o|  
     xF5q=%n  
    ;]MHU/  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ooByGQ90V:  
     W=o90TwbN  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ;&P%A<[`  
     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)。 S[{#AX=0  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， A--Hg-N|  
    goeWZO  
     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。 sn/^#Aa=N  
    qp^O\>c  
     Txfu%'2)e  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms $Dd IY}  
     Ej ip%m  
    3. 衍射效率的评估 qn6Y(@<[  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 %s%v|HDs  
    'd^U!l  
     ITRv^IlF  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 &|IY=$-  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd s$:F^sxb  
     }?^5\otu  
    4. 结果：衍射级次的重叠 _LFZ0  
     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。 1 +O- g  
     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)。 ^* ^te+N  
     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。 / ,f*IdB  
     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) tEf_XBjKV  
     光栅方程： =K=FzV'_~  
     Di<KRg1W]}  
    3205gI,  
    8 =FP92X  
    G\?fWqx  
    5. 结果：光谱分辨率 3 ~0Z.!O  
    13I 7ah  
       _p\  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run lV: R8^d  
     iE, I\TY[  
    6. 结果：分辨钠的双波段 p3`'i  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ]vMr@JM-G  
       \]e"#"v}}_  
    d_BECx <\  
     UJ 1iXV[h"  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 3xWeN#T0  
    5e~\o}]  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run .i>; ?(GH  
    ,di'279|  
    7. 总结 nR-`;lrF~  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 "jH=O(37  
    1. 仿真 ~^cx a%  
    以光线追迹对单色仪核校。 <UOx>=h  
    2. 研究 3`S|I_$(T"  
    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。 (= } cc  
    3. 应用 ZdJwy%  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 47.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。 ?Y7'OlO  
    扩展阅读 0)`{]&  
    1. 扩展阅读 ")'o5V  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 sgp5b$2T.  
    y! he<4  
     开始视频 3e4; '5q;  
    - 光路图介绍 \>0%E{CR  
    - 参数运行介绍 eL3HX _2(  
    - 参数优化介绍 64;F g/t  
     其他测量系统示例： Oa~|a7`o  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Dnn$-W|NC  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) VU3xP2c:  
     
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