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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) z<s]Z Ql#:Rx>b 应用示例简述 RqH"+/wR UB(Q &U_ 1.系统说明 [4sbOl5yZ 2hu;N 光源 O@??
NF6G — 平面波(单色)用作参考光源 k\1q Jr — 钠灯(具有钠的双重特性) n T\W| 组件 ezy0m}@ — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 \
$z.x-U 探测器 mu|#(u — 功率 O`~T:N|D — 视觉评估 xZbm,.v 建模/设计 ZZ?=^g — 光线追迹:初始系统概览 "-(yZigQ — 几何场追迹+(GFT+): ;o"}7'4*R% 窄带单色仪系统的仿真 '$4o,GA8 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 [C/h{WPC- R\1#)3e0 2.系统说明 T%?<3/Ev! EKq9m=Ua@o
[2.pZB ]J:?@}\^ 3.系统参数 rp.JYz, {i`BDOaL
h7kGs^pP w6v P
a RcMW%q$dG 4.建模/设计结果 M|6
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8X[G)J;
Bk~WHg>@G W UDQb5k 总结 %/-Z1Nv*# r9z/hm}E 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 |OhNQoTY 1. 仿真 )z$VQ=]" 以光线追迹对单色仪核校。 1k3wBc5< 2. 研究 %Mz(G-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。 Cf
J@|Rh 3. 应用 Bp>%'L 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Vb|DNl@ 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。 C3hnX2"; j+w*Absh 应用示例详细内容 ;v*$6DIC5 系统参数 j*rra HG5|h[4Gt 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 d]$z&E 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。 T/dchWG fp|b@
U}_l]gNn B&+V %~/
2. 系统参数 L&][730 G6]M~:<i 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。 DNq=|?qn] 2.Th29]
wVP{R3 !2>gC"$nv 3. 说明:平面波(参考) u&mB;:& w J/k\ 采用单色平面光源用于计算和测试。 >-c ; 71mdU6Kq
.3 m^yo
c/ YFy5>*W 4. 说明:双线钠灯光源 ''s]6Jjw b6'%nR*f & 2& K9R 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。 # G0jMQ 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)。 dNB56E)5`J 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 sX^m1v~N| mrS:||,_
V+W,#5 /Uz2.Ua= 5. 说明:抛物反射镜 TWK(vEDM "|gNNmr .zAB)rNc
| 利用抛物面反射镜以避免球差。 Z6
E-FuO 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。 #O7|&DqF{ N^Xb_jg;J
S6*3."Sk vHCz_ FV
RM|<(kq k$9oUE, 6. 说明:闪耀光栅 KcF2}+iM hug8Hhf_& B-
N 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 dBE
:rZu 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 ]6v6&YV Jk!}z+X'A
~3dBt@%0 ff**) Xdh
KA#4iu{ ?{mFQ 7. Czerny-Turner 测量原理 3l0x~ 8sOM%y9M 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 g<-x"$(C& 4Cr|]o'
3ybEQp9 =5a~xlBjD #qi@I;;t 8. 光栅衍射效率 ]O3[Te j)?I]j/ bEfxu;Su3 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。 )zkk%mE/IM 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ]xBQ7Xqf| 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) -8X*(7 ^n"ve2
/m%i"kki file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 3rhH0{ uli,@5%\ 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 i9[=x(-@ hhLEU_U
O:"gJ4D ZC'(^liAp 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 {wiw]@c8 &uI`Xq. 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 'Pk (
1: W!
v8'T
c~[L;_ I:Wrwd
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)。 W6_/FkO 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 R@-rc|FunJ *aT3L#0( 应用示例详细内容 g|tnYN _"6{Rb53v= 仿真&结果 yxh8sAZ ]fg?)z-Z 1. 结果:利用光线追迹分析 m!L&_Z|j 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 4<CHwIRHY 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 }A;J-7g6 .YKqYN?y4
DfgqB3U[ N1`/~Gi file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Ufd{.o[{- ZgVYC4=Q-\ 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 xH#R_ 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)。 z)I.^ 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, RZi]0l_A'
WQv%57+
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。 O$ui:<]dS A
q;]al
'+LC.l M animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ?a+>%uWt #?-2f{ 3. 衍射效率的评估 |pqc(B u 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 & F\HR GawQ~rD
YYwFjA@ 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 T!u&r file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 60(j[d-$p Ml VN'w 4. 结果:衍射级次的重叠 b"n0Yk1 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。 ")LcB'C 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)。 Ucr$5^ME 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 #e:cB' f 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) VgLrufJ 光栅方程: KvW{M 'r3yFoP}
aGY R:jR$ 1S
.~Vh0Q, 1{{z[w# 5. 结果:光谱分辨率 }xXUCU< ^ur?da9z'
L,6v!9@ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run I(!i"b9 0<Q['l4Ar 6. 结果:分辨钠的双波段 BnJpC<xm 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 %X)w$}WH NbnahhS
}n /6.% C],"va 设置的光谱仪可以分辨双波长。 KCEBJ{jM tP/0_^m file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run WrJgU&H{ {}>s0B 7. 总结 W>$2BsO 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 5DB4 vh 1. 仿真 +ZOjbI) 以光线追迹对单色仪核校。 2:b3+{\f 2. 研究 ;$=kfj9 :7 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。 gp@X(d 3. 应用 `wIMu$i 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 v__n>*x 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。 %%d3M->C} 扩展阅读 "QCtF55X& 1. 扩展阅读 lRb|GS.h/ 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ppL*#/jYt /Mq9~oC 开始视频 V
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|\ - 光路图介绍 o_=t9\: - 参数运行介绍 -lICoRO# - 参数优化介绍 {yj8LxX^ 其他测量系统示例: C1/qiSHsh - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 7T7
A[A\ - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) e3T&KyPm?+ ,v^A;,q wg-qq4Q\ QQ:2987619807 *GUQz
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