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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) z <s]Z  
Ql#:Rx>b  
应用示例简述 RqH"+/wR  
UB(Q &U_  
1.系统说明 [4sbOl5yZ  
2h u;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 W<y  
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。 1k3wBc 5<  
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&m B;:&  
wJ/k\  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 >-c;  
71m dU6Kq  
.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;Su 3  
 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$ui:<]dS  
A q;]al  
'+LC.lM  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ?a+>%uWt  
#?-2f{  
3. 衍射效率的评估 |pqc(B u  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 & F\HR  
GawQ~rD  
YYwFjA@  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 T!u&r  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 60(j[d-$p  
MlVN'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>$2BsO  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 5DB4vh  
1. 仿真 +ZOjbI)  
以光线追迹对单色仪核校。 2:b3+{\f  
2. 研究 ;$=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 ,# |\  
- 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\  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) e3T&KyPm?+  
,v^A;,q  
wg-qq4Q\  
QQ:2987619807 *GUQz  
chenming95 2021-04-22 11:04
楼上你有图中的仿真文件么
lqqmuc2009 2021-06-09 15:05
想学习
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