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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) QNY{pk -u{:39y{n 应用示例简述 (XQG"G%U6W ;a"Ukh 1.系统说明
'(}BfD P WD:5C3; 光源 "]<Ut{Xb — 平面波(单色)用作参考光源 F(9T;F — 钠灯(具有钠的双重特性) ]Az >W*Y 组件 -|5&3HVz — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 3 0Z;}<)9 探测器 hpU7 — 功率 >8Y >B) — 视觉评估
<_~`)t 建模/设计 NbdaP{{ — 光线追迹:初始系统概览 Ue7~rPdlR — 几何场追迹+(GFT+): QXCI+Fcg 窄带单色仪系统的仿真 Qa=;Elp:[ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 4-MA!& %Vq@WF 2.系统说明 Tym!7H2 J7H1<\=cJb
4{TUoI6ii (`&g 3.系统参数 _z;N|Xe 9ccEF6o0=
" 1Bn/Q N.]8qzW 4s~o
4.建模/设计结果 &AzA0r&, <_5z^@N3$
Kxq~,g=t UU_k"D~ 总结 rv+"=g J<2N~$ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 8r5j~Df 1. 仿真 QL3%L8 以光线追迹对单色仪核校。 CzgLgh;:T 2. 研究 +#O?sI# 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。 : v]< h 3. 应用 g)zy^aDf 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 i<l)To - 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。 MxY CMe4S[ Ut<_D8Tzx 应用示例详细内容 $ysC)5q. 系统参数 c7'Pzb)' 5i0<BZDTef 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 #8'%CUF*<8 Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 a 3HS!/ n[<Vj1n
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.PLfc; W6Hiqu+ 2. 系统参数 ~
60J PpbW+}aCF 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 QDU^yVa_ A&z
Vry# '1d-N[ 3. 说明:平面波(参考) E@?jsN7 # H4dmnV 采用单色平面光源用于计算和测试。 @r#> -p 2D
"mq~V
.; :[sv) R \iU)QP 4. 说明:双线钠灯光源 #CM2FN:W )J0'We fPst<) 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 X/?3ifP6I 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 EPyFM_k 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 wsM5TB vHWw*gg(/E
gbF.Q7?$u C6GYhG] 5. 说明:抛物反射镜 8G9V8hS1#B 2Ddrxc>48 E_FseR6 利用抛物面反射镜以避免球差。 JTx&_Ok# 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。 98x(2fCvF( ) ><{A
Hq=RtW2 (d_{+O"
zc(-dMlK c" yf>0 6. 说明:闪耀光栅 &}rh+z HdVGkv/ *K!V$8k=99 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 MSw/_{ 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 e KET8v[ -8g ;t3z
1'M<{h<sP (G:$/fK
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o V"gnG](2l 7. Czerny-Turner 测量原理 U1B5gjN koe&7\ _@ 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。 WnA]gyc r%F{1.
aiea&aJ <vOljo Aqq%HgY:t 8. 光栅衍射效率 g {wDI7"<q Ot5
$~o v@[MX- ,8 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。 ?:~ `? 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 [K,&s8N5 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) @r'8<6hVO !\^c9Pg|v
zS]Yd9;X1 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ,Epg&)wC] t/pHdxX*C7 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 8&B{bS BHqJ~2&FDW
gQ h;4v Gb\}e}TB[ 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 buq3t+0 pJ 1GB 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 $U3s:VQ ' {^5r5GB=*
Lr_+)l RR*<txdN 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 *[k7KG2_U 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 qbpvTTF "3W!p+W 应用示例详细内容 e%o6s+" P*Uu)mG)G 仿真&结果 0;
M+8 '
w!o!_T6 1. 结果:利用光线追迹分析 Fn yA;,* 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 K>"M#T 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 6(VCQ{ B/&axm%0
N_U Zu A{Jv`K
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ma?$@]`k /m(vIl 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 eZk
[6H 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)。 W1i Kn 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, v_En9~e^n
Y6 ,< j| 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。 `b+f^6SJn ;a[56W
8J7xs6@ animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms P
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o'?Y0Wt 3. 衍射效率的评估 -H#{[M8xX 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 [}N?'foLb |JtdCP{
:OUNZDL 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。 ,g;~: file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd p9y
"0A| IF(W[J 4. 结果:衍射级次的重叠 0bVtku K;G 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。 r*OSEzGUz 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/~Xy- 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。 k^:$ETW2
D 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) ~6Vs>E4G 光栅方程: ?sfA/9" Eo!1
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x~?,Wv|cm |[)t4A"} cO.U*UTmX 5. 结果:光谱分辨率 S`)KC- O$V
6QJ
tz4MT_f file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ;oH17 @TdPeTw\ 6. 结果:分辨钠的双波段 l`UJHX 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ><mZOTn e; a]>gDDF
5hUYxF20h8 U}x2,`PI 设置的光谱仪可以分辨双波长。 Ia=wf"JS) 0m(/hK file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run {OL*E0 f<=
#WV 7. 总结 EW%%W6O6 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 `(vgBz`e[ 1. 仿真 Qx1ZxJz # 以光线追迹对单色仪核校。 W/<]mm~95 2. 研究 Jx9S@L` 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。 ^/47*vcN5 3. 应用 vvU;55- 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 )l[<3<@s 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。 3ZGU?Z;R 扩展阅读 2`Ub;Nn29 1. 扩展阅读
oJ ~ZzW 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 E{[c8l2B zW,m3~XX: 开始视频 v`A^6)U#M - 光路图介绍 G"T)+!6t - 参数运行介绍 UO47XAO - 参数优化介绍 UTGR{>=> 其他测量系统示例: s3HwBA - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) G(~d1%( - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) %6j|/|#] odMjxWY ?7 e|gpQ| QQ:2987619807 .Qg!_C
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