| infotek |
2020-11-19 09:26 |
Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真
测量系统(MSY.0003 v1.1) yW,#&>]# | Dq1XZ%8 应用示例简述
?|rw=% Hw. @Le> 1.系统说明 <+JFal XlcDF|?{. 光源 7(iRz — 平面波(单色)用作参考光源 Ox1QP2t6Y — 钠灯(具有钠的双重特性) ?BZ`mrH^ 组件 cx%9UK*c — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 H4",r5qw: 探测器 3\~fe/z'I — 功率 T{xo_u{Q — 视觉评估 :v ~q 建模/设计 .Eyk?"^ — 光线追迹:初始系统概览 @MH]s [{o\ — 几何场追迹+(GFT+): &y wY?ox 窄带单色仪系统的仿真 -^yc yZ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 otVdx&%] `5jB|r/ 2.系统说明 &=O1Qg=K wDY7B
~4gKAD 3sIM7WD? 3.系统参数 ;AA7wK 4 p%_
:(
nezbmpL4 _jKVA6_E q)y8Bv| 4.建模/设计结果 P&,cCR> |W];v@b\y
``CADiM:S >5W"a?( 总结 YQsc(6 [`dipLkr 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 q9]L!V9Rv 1. 仿真 6MQ:C'8T&= 以光线追迹对单色仪核校。 Oj\mkg 2. 研究 .Q@'O b` 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。 @y&,e,3! 3. 应用 J, >PLQAa 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 4u7>NQUDu 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。 1<e%)? G BVeNK=7m% 应用示例详细内容 Jtk(yp{Zz 系统参数 =%G[vm/-) |:BYOxAYZ8 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 IV*$U7~ Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 Ux]@prA q _3>zi.J/
<-aI%'?* k] YGD 2. 系统参数 8iA(:Tb S`.-D+.68 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 LRs;>O uMZf9XUE
pSUp"wch #0H[RU? 3. 说明:平面波(参考) " V2$g x*V<afLY[ 采用单色平面光源用于计算和测试。 ?Qk#;~\yB A[a+,TN{
(DAJ(r~ 2wvDC@ 4. 说明:双线钠灯光源 pQ8+T|0x KR0
x[#.* rfpxE>_|G 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。 `;@4f|N9 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)。 nsk
6a 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 =<xbE;,0 ,iUx'U
\$"Xr bux-t3g7+ 5. 说明:抛物反射镜 Eq{TZV 5Bo)j_Qo |&vuK9q 利用抛物面反射镜以避免球差。 RGmpkQEp 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。 [%kucG C7 37Y]sJrs$
*6tN o-)^ *E'K{?-K
X3yr6J[ ^ [DwB7l)O( 6. 说明:闪耀光栅 sd%~pY} H=C;g)R UepBXt3) 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 4fswx@l 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 w3D_ c~ 3LREue7Gr
Ip0q&i<6 y
rk#)@/m
6Y^o8R ~l~g0J 7. Czerny-Turner 测量原理 |{T2|iJI 8vK&d> 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。 PQ>JoRs -yeT $P&|
T!bu}KO X[<9+Q-& LNkyV*TI 8. 光栅衍射效率 ,e2va7}3 xFZq6si? {QID @ 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。 wG
O)!u 4 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 O;2 u1p'iP 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) c+=&5=i[3 SCij5il%
q]x@q file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd VM[8w` `Nj|}^A 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 _q 8m$4 n>WS@b/o
GSp1,E2J PW}.` 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 \+xsJbEV RulIzv 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 fvDwg D6w0Y:A{.
;Peyo1 AN@Vos
Cu 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 Z>l>@wN m 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 #^Y,,GA yWzTHW`)Mr 应用示例详细内容 S4w/
kml3 ZAE;$pkP 仿真&结果 5WUrRQ?E ]l%j>Vb!L 1. 结果:利用光线追迹分析 wrbDbp1L 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 l_:%?4MA 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 nFqMS|EN 5 F-Q&
X_lNnk DxlX- file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd *XJSa ]Uu/1TTf 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 am}zOr\ 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)。 g=)@yZ3>v 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, +"!IVHY
P.o W#Je 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。 L|<Mtw %9j]N$.V
R`c5-0A animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms M0|z^2 sdb#K?l 3. 衍射效率的评估 (~jOtUyT 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 B4kIcHA !Ej<J&e
FW2} 9#R 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。 Vh&uSi1V file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd %]-tA,u q
bo`E!K 4. 结果:衍射级次的重叠 5q\]] LV> 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。 DD1S]m 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)。 H_{Yr+p 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。 ?g 3sv5\u 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) 0:XmReO+k 光栅方程: QZX+E b{A#P?
<*L8kNykK B#=dz,} R7#B_^ $ 5. 结果:光谱分辨率 ="V6z$N >">-4L17m
;yr'K file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run JH 8^ZP:d' ~sOAm 6. 结果:分辨钠的双波段 >B==*,| 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 QgP
UP[ k3&Wv
7XaRi@uG bS*9eX=K 设置的光谱仪可以分辨双波长。 s\@!J.Da ;e+ErN`a.~ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run *cf#:5Nl `,J\E<4J 7. 总结 -0Ps.B 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 2gA6$s7 1. 仿真 V[#jrwhA 以光线追迹对单色仪核校。 ,a}+Jj{ 2. 研究 YQ]W<0( 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。 \j4TDCs_[ 3. 应用 C&\#{m_1B 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 vForj*Xo 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。 )<%GHDWL 扩展阅读 {<V{0
s% 1. 扩展阅读 Z\n
nVM= 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 XOU
9r( l2i[wc"9 开始视频 "5=Gu1 - 光路图介绍 NO QM:tBO> - 参数运行介绍 Zv-#v - 参数优化介绍 up1kg>i%" 其他测量系统示例: G#UO>i0jy - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) i6aM}p< - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) [&51m^ #>}cuC@ k*J0K=U| QQ:2987619807 T< D&%)
|
|