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2020-11-19 09:26 |
Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真
测量系统(MSY.0003 v1.1) e
w^(3& 7L{1S
v 应用示例简述 ~MC|
Kc/1LeAik 1.系统说明 )r2Y@+.FN 3db{Tcn\@] 光源 {VgE07r — 平面波(单色)用作参考光源 ALF0d|>=uj — 钠灯(具有钠的双重特性) YG "Ta|@5 组件 BuJo W@) — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 jjs/6sSRk 探测器 *c0H_8e — 功率 vl"w,@V7 — 视觉评估 C"{^wy{sL 建模/设计 #@XBHJD\# — 光线追迹:初始系统概览 p=8Qv — 几何场追迹+(GFT+): 1|bXIY.J* 窄带单色仪系统的仿真 LD$5KaOW 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ~P4C`Q1PT# ~6[?=mOi' 2.系统说明 XHr*Rs.[= h3ygL" k
U&!TA(Yr 54
lD+%E 3.系统参数 JzyCeM = kB7vc>@1
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TBj 2(Z 7#V7D6j1 4.建模/设计结果 :ym?]EL4o }V?m
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wFks W^(zP/ 总结 i2F7O"f. ewDYu=`* 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 A2_ut6&eb 1. 仿真 -'rdN i 以光线追迹对单色仪核校。 `MtzA^X r 2. 研究 B}e/MlX3M 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 w:&""'E 3. 应用 e~r/!B5X 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 uYJS=NGNA 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 @CprC]X > I2rj2M# 应用示例详细内容 |23F@s1 系统参数 fr17|#L+s LGP"S5V 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 _&<n'fK[ Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 AIF?>wgq Mz@{_*2
{K^5q{u -(vHy/Hz. 2. 系统参数 =RoE=)1&- 5 jrR]X 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 ZO+RE7f*?c tXE/aY*I
a>4/2#J
Xdvd\H= 3. 说明:平面波(参考) ;-d b/$O eI8o#4nT 采用单色平面光源用于计算和测试。 }m:paB"3 $^x=i;>aK.
l@`k:?
f<o|5r 4. 说明:双线钠灯光源 rZK h}E &3vm
@ Kz'GAm\ 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。 ZCCCuB 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)。 D#GuF~-F!R 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 SKG
U)Rn; 5ibr1zs
;>,B(Xz4i +y|
B"}x 5. 说明:抛物反射镜 8mX!mYO3c |d0X1( 01(U)F\ 利用抛物面反射镜以避免球差。 <bcf"0A 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。 *|&Y ,H? fTxd8an{
[Rj4=qq= bTs2$81[
(Mc{nFqS &A:&2sP8 6. 说明:闪耀光栅 It*U"4lgi ju2H0AQ &r,vD, 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 :tWkK$ 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 %!` %21 y&\4Wr9m
("`"?G b+Q{Z*
W@"Rdc- R0t!y3r&N 7. Czerny-Turner 测量原理 D#nH g {OG1' m6=/ 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。 `;mgJD G}U <^]c
~n -N BOpZ8p'eH1 2)BO@]n 8. 光栅衍射效率 $uLTYu gX" 8Hq4ppC VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 KKwM\ 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 RIkIE=+6 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) k7uX!} NG3?OAQTw
5,xPB5pK file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd B9l~Y/3| 4EYD5 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 4{>r_^8 zE;|MU@|
5$i(f8* (o{Y;E@/y 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 F=5+JjrX uV|F3'jT 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 *mV?_4!,f7 ts=D
2fdN@iruB r'ilJ(" 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)。 &q&z$Gc;m 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 !I|_vJ@< Ew4D';&; 应用示例详细内容 FOD'&Yb& 'oz$uvX 仿真&结果 a|TUH+| ,3rsjoKhd 1. 结果:利用光线追迹分析 :@p]~{m :G 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 <Z[Z&^ 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 \[!{tbK`2 sc t3|H#
;0Uat e O~p"d-| file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd pPxgjX R;,5LS&*a 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 gHgqElr( 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)。 4~Q<LEly 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, S%H"i
y
6r^ZMW 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。 eG+$~\%Fub T6SYXQd>.
(4z_2a(Dl, animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms yl*%P3m| ;+DMv5A " 3. 衍射效率的评估 Obu 6k[BE. 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 37n2 #E .`*;AT
} A6z%|d 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 :bo2H[U+ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd <=!t!_ DmWa!5 4. 结果:衍射级次的重叠 {Mo[C% 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 `4ga~Ch VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 0^L:`[W+ 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 )a!f")@uz 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) d~.hp 光栅方程: R,7.o4Wt RK*tZ
x`2dN/wDhf (7_ezWSl> H [M:iV 5. 结果:光谱分辨率 .R)Ho4CE ^-Ks_4
BGNZE{K4" file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run C(sz/x?11 f% 8n?f3;u 6. 结果:分辨钠的双波段 LvGo$f/9 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ]c\`EHN ^tyqc8&
R0w~ Z
iyR5mA 设置的光谱仪可以分辨双波长。 )MV `'i xt@v"P2Ok file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run
'mv|6Y Q=<&ew 7. 总结 <,*w$ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 NUBzc'qb 1. 仿真 *Qngx
以光线追迹对单色仪核校。 i*xVD`x ~ 2. 研究 17:7w 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。 ee<'j~{A 3. 应用 O|v8.3[cT 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 rWL&-AZQl 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。 uw>y*OLU+ 扩展阅读 ;M+~e~ 1. 扩展阅读 \*fXPJ4 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 I]#x0 ?D fTy{`}> 开始视频 j<?k$8H - 光路图介绍 :p1_ij]ND - 参数运行介绍 f'j<v - 参数优化介绍 @q|c|X:I 其他测量系统示例: ip|l3m$ Mi - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) *P12d - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) So NgDFD YyY?<<z% \ 6Y%z
QQ:2987619807 }y|_v^
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