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测量系统(MSY.0003 v1.1) GH!Lu\y\ V]$J&aD 应用示例简述 y7)$~R):- DU>#eR0G 1.系统说明 1'{A,! fmQ`8b 光源 <;
(pol| — 平面波(单色)用作参考光源 +8\1.vY — 钠灯(具有钠的双重特性) 8KU5x# 组件 pAd 8-a — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 bx&?EUx+b 探测器 XFU['BI — 功率 _9Zwg+oO[ — 视觉评估 pa@@S$( 建模/设计 chr^>%Q_ — 光线追迹:初始系统概览 vw/L|b7G — 几何场追迹+(GFT+): W<AxctId 窄带单色仪系统的仿真 xJ18M@"j 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 AvS<b3EoN -'iV-]< 2.系统说明 m$X0O_*A lQSKY}h
k;bdzcMkQ {!`0i 3.系统参数 3RyB 0
n R!8 qkG
)Kw
Gb&l& A=S_5y nr t3wqJ 4.建模/设计结果 KDODUohC *$eMM*4 O-D${== !b0ANIp 总结 D|`I"N[< dO{a!Ca 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 np#RBy 1. 仿真 ~T_4M 以光线追迹对单色仪核校。 =I}8-AS~V 2. 研究
Pq@%MF]5 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。 ksB-fOv*N 3. 应用 TzJp3 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 XDWR] 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。 cy6lsJ"? pW>?%ft. 应用示例详细内容 -t:~d: 系统参数 LR5X=&k - 9Ll'fbq 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 #:yh2y7a% 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。 <oc"!c;T |H LU5=Y
=/J{>S>(i nF8|*}w 2. 系统参数 ;6T>p iIe\m V 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。 VX!UT=; cM= ?{W7~
2th>+M~A Z?7XuELKV 3. 说明:平面波(参考) p%8v+9+h2 =%O@%v 采用单色平面光源用于计算和测试。 +~6Nq(kV 3j]P\T
oY#62&wk4 Aw38Tw 4. 说明:双线钠灯光源 yMQZulCWE ]W-7 U_ ]~!jf 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。 nbVlP 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)。 ]%RX\~Q.4 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 23F<f+2S vUX(h.}8
/n9yv /qYo*S_cG 5. 说明:抛物反射镜 1Rrl59}5 /ynvQ1#uA 5L'bF2SI 利用抛物面反射镜以避免球差。 : " ([i" 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。 S-M|
6fv 7(q EHZEr
w4S0aR:yL lO Rym:P
MS Ml 8op,;Z7Y 6. 说明:闪耀光栅
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:Ml KNkVI K ,r&:C48dI 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 VI}.MnCa 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 VUo7Evc:.P [_jd
cWd\Ki E!~Ok
*@XJ7G[ AjTkQ)
7. Czerny-Turner 测量原理 -R~!N#y Au q) 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。 "|2|Vju% hU:M]O0uw
3Ishe" Tn$/9<Q y5td o'Ex 8. 光栅衍射效率 vS! TnmF B{#*PAK= '^TQ Ubw VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 w3,1ImrXp 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 {HJzhIgCf 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) 0 > x>u \ ~f.fg@v`+v file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 'u\my <.DFa/G 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 X&B2&e; X-tc Ud
dSD7(s! 7XZ5CX& 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 ?r~|B/] {^r8uKo:~ 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 _K4Igq =F(fum;zH
/M:R|91:_ EJd l%j 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 E3pnu.;U:_ 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 2:31J4t-< NTnjVU
} 应用示例详细内容 >)/,5VSE c$cb2V7, 仿真&结果 N36<EHq 5h"moh9tG 1. 结果:利用光线追迹分析 :YL`GSl 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 IoEITKd 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 UStNUNCq *rY@(|
aoLYw 9 Jj<UtD+ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd [D]9M"L,vQ =}:9y6QR. 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 QB<9Be@e 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)。 ~Rs_ep'+Q2 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, a3&&7n mSn> 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。 nUAoPE .qjVw?E
{Vc%g a|E animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms '6^20rj
2EG` 3. 衍射效率的评估 >s@*S9cj: 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 .hYrE5\- h$#QRH
ohK_~ 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 2v
^bd^]u: file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd zJp}JO W`baD!* 4. 结果:衍射级次的重叠 jv:!vi: 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 '@Zau\xC VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 k4|9'V&1*6 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 |5uvmK 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) Cu5fp.OS7 光栅方程: a[<'%S#3x k7rFbrLZ ^CIO,I zEG6T * s>=DfE-;" 5. 结果:光谱分辨率 (1~d/u?2\ P\;L#2n
8p4J7 - file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run jo75MSj ^;";fr
Vw 6. 结果:分辨钠的双波段 . ZuRH_pI 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 9(;5!q,Gsg Vej [wY-c
"O{_LOJ [>5<&[A 设置的光谱仪可以分辨双波长。 2V6=F[T {H]xA 3[] file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run r-M:YB *R] Ob9X 7. 总结 "7v/- 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 i$~2pr 1. 仿真 ^Eu]i 以光线追迹对单色仪核校。 i/ED_<_Vg 2. 研究 \;al@yC=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。 !N\<QRb\q 3. 应用 wul$lJ?tE 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 n#jBqr&!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。 3\x@G)1 扩展阅读 8>T#sO?+ 1. 扩展阅读 ?xftr ( 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 I
r8,= (0L7Ivg< 开始视频 ws"{Y+L - 光路图介绍 W62 $ HI - 参数运行介绍 \Wdl1 =` - 参数优化介绍 !VaKq_W 其他测量系统示例: 1&zvf4 - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) C,*3a`/2M^ - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) qOA+ao
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