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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) m)]A$*`< o,#[Se*n 应用示例简述 }.uB6&!: -@wnQ? 1.系统说明 2L'vB1` ?2#v`Z=L; 光源 AxXFzMW — 平面波(单色)用作参考光源 X)tf3M
{J@ — 钠灯(具有钠的双重特性) JpFfO<uO 组件 gx*rxid — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 k>N >_{\ 探测器 h7EKb-@ — 功率 ~sI$xX! — 视觉评估 Zv`j+b 建模/设计 v0ngM)^q — 光线追迹:初始系统概览 7H1 ii — 几何场追迹+(GFT+): KvFGwq"X 窄带单色仪系统的仿真 yWs_Z6 b 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 1>doa1 _Gpq=(q) 2.系统说明 3Mnm2*\ /<HEcB
3E!#?N|v 6Q&*V7EO 3.系统参数 *mc]Oa
:uAW
]m#.MZe k{fCU% ?ah<Qf] 4.建模/设计结果 7VF^&6 )-_NtMr~`!
FyZa1%Tv@ iXN7+QO) 总结 ^8mF0K& $GzTDq
Y9@ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Q9lw~" 1. 仿真 0/8rYBV 以光线追迹对单色仪核校。 Cmq.V@ 2. 研究 H$^b.5K 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。 6\MJvg\; 3. 应用 X7I"WC1ncz 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 9.KOrg5}L 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。 H!F Cerg t|gEMDGa3 应用示例详细内容 x*H4o{o0 系统参数 'L*nC
T; nt,tM/ 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 Q0K4_iN)& 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。 Lx-ofN\ avR4#bfc
C+r<DC3 G`9\v=0 2. 系统参数 :*bmc /c Lm kv.XF 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。 SR9Cl r( _9_%[
or_x0Q {Gnji] v 3. 说明:平面波(参考) D6iHkDTg "_qH+=_R 采用单色平面光源用于计算和测试。 u,:GJU ~q]+\qty4
7qB}Hvh i|X ;n 4. 说明:双线钠灯光源 oYNP,8r^ 0`=#1u8
aU]A#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。 eRC
/Pr 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)。 0]l _qxv 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 *rO#UE2 n*6 b*fl
)%q]?@kB D6,rb 9 5. 说明:抛物反射镜 =`5Xx( :CO>g=` {g?$u 利用抛物面反射镜以避免球差。 +'abAST
t 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。 4P@Ak7iL(V &?mH[rG"
8\m_.e \*x]xc/^
{n8mE,;M UQ#"^`=R< 6. 说明:闪耀光栅 o5gt`H" `7qZ6Z3z@ .P\wE"; 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 <syMrXk)R( 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 +0mU) 4n/ SMVn2H@
XVjs0/5b [*U6L<JI
4l+"J:, q3\
YL? 7. Czerny-Turner 测量原理 OD!b*Iy| 9L;fT5Tp7 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。 8 /1 sy.R ${^WM}N
OosxuAC( i-)OY, hjywYd]8 8. 光栅衍射效率 >K$9( 8KRm>-H) 0R&$P6 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。 )(`I1"1 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 h.@5vhD 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) ~a KxwH E7-il;`cKn
>%k:++b{ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 1w}%>e-S bcFG$},k 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 %EA|2O.D :,03)[u{8
t<5$85Y~ Jylav: 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 -ju&"L B 45e-A{G~ 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 fQcJyX cl
kL)7RQ
Zq7Y('=`t@ $eUI.j(HU 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 Jhdo#}Ub 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 pEf1[ zq 5[3vup? 应用示例详细内容 t'Zq>y;yg lt\.
)Y>4 仿真&结果 555j@ C&Rv$<qc 1. 结果:利用光线追迹分析 F}p)Q$0 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 0Z9>%\km_ 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 7 lc - JGl0
(i*|
;oW#>!HrY d>[=] file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd EM9K^l` 8,unq3 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 3Au3>q, 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 A)"?GK{* 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, .d{@`^dh1]
,MH/lQq% 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 6U|An* }pqnF53
?:DeOBAb animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms E Dh$UB) @I_!q* 3. 衍射效率的评估 V0 70oZ 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 QP HibPP: DJ)Q,l*|N9
[t#xX59 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。 -\=s+n_ZP? file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd }7)iLfi G)~/$EF,_ 4. 结果:衍射级次的重叠 !4Q0 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 "m2g"xa\7 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 miWog 8j 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 "u29| OY 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) a}(xZ\n^D; 光栅方程: q|N,?f9 yhTC?sf<
3vdhoS| cX~J6vNy5 LC8&},iu 5. 结果:光谱分辨率 05
56#U&> 3i\<#{
K"fr4xHq file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run l-/fFy)T mf4C68DI@u 6. 结果:分辨钠的双波段 p;nRxi7' 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 BOc2<M/\ Rda~Drz
*z?Vy<u G M%{,?a0V 设置的光谱仪可以分辨双波长。 ^&[Z@*A8# P]h-**O file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 8&q[jxI@8
(zIWJJw 7. 总结 'tJb(X!]q 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 kH4xP3. i
1. 仿真 o57r ,`N 以光线追迹对单色仪核校。 /9QC$Z):< 2. 研究 )#%v1rR 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。 d@b" ~r} 3. 应用 p)&Yr 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ~7;AV(\%e 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。 a8w/#!^34 扩展阅读 Al}D~6MD 1. 扩展阅读 TmEJ!)* 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 >U7{EfUJdx Bjc<d,]
开始视频 h85kQ^% - 光路图介绍 B!j7vXM2 - 参数运行介绍 yiO/0n Mp - 参数优化介绍 EX"o9' 其他测量系统示例: woyn6Z1JQ - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) cqd}.D - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) n.l7V<1 Od]B;&F (qyT,K8 QQ:2987619807 ^.gBHZ
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