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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) W"{Ggk `  
U S^% $Z:  
应用示例简述 S zo'[/ [R  
 F/Goq`  
1.系统说明 (m]l -Re  
os V6=  
 光源 -FeXG#{)  
— 平面波(单色)用作参考光源 A#U! KX  
— 钠灯(具有钠的双重特性) XM'tIE+|  
 组件 D 0Xl`0"'  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 ^F^g(|(K  
 探测器 n,I3\l9  
— 功率 ly0R'4j \  
— 视觉评估 oEIpv;:_  
 建模/设计 r. 82RoG?G  
— 光线追迹:初始系统概览 T"wg/mT  
— 几何场追迹+(GFT+): $4bc!  
 窄带单色仪系统的仿真 "t|)Kl  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 }YwaN'3p!  
/9vi  
2.系统说明 Tigw+2  
tE*BZXBlm  
OB>Hiy   
RpdUR*K9x  
3.系统参数 41 F;X{Br  
{C |R@S  
5xH=w:  
0U42QEG2  
Nd8>p.iqO  
4.建模/设计结果 4o>y9  
7QO/; zL  
--h\tj\U  
]b- 2:M  
总结 -^&=I3bp  
OGZD$j  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 I0XJ& P%  
1. 仿真 ,dC.|P' `  
以光线追迹对单色仪核校。 W(q3m;n  
2. 研究 4v[y^P  
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。 ]545:)Q1  
3. 应用 ljFq;!I5  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 =rKJJa N  
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。 P&`%VW3E  
+p 6Ty2rz  
应用示例详细内容 rr# nBhh8  
系统参数 & ALnE:F  
pBtO1x6x/  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 uq5?t  
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。 TY8gB!^  
5|*{~O|  
"GMU~594  
7F<{ Qn  
2. 系统参数 SxF'2ii  
*p/,Z2f  
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。 gP_N|LuF"  
\'|n.1Fr  
Q68~D.V%r  
r1!1u7dr t  
3. 说明:平面波(参考) i6Z7O )V  
0C zQel)L:  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 =O}I{dNKZV  
ERPg TZT  
u\LNJo| B  
PUQ",;&y1  
4. 说明:双线钠灯光源 fHiL%]z  
sL@\,]Y  
~  QRjl  
 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。 CL0 lMZ  
 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)。 s;A7:_z#7  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 z;JV3) E  
Sk{skvd;  
ky2]%cw  
UL[,A+X8D  
5. 说明:抛物反射镜 Y0(4]X \ey  
[,Ehu<mEK  
{ ^o.f  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 Pmv@  
 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。 bM?gAY]mB8  
OIK x:&uIk  
AJyN lQ  
py;p7y!gxA  
Gz&}OO  
y:)^*2GA-B  
6. 说明:闪耀光栅 B:h<iU:'D  
HOx4FXPs  
q,Gymh;  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 (z sG!v  
 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 kQkc+sGJf  
Q`F1t  
m>=DJ{KQ  
Vh~hfj"  
q|*^{(tWs  
Sp>g77@  
7. Czerny-Turner 测量原理 _?-oPb  
Wt/;iq"  
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。 Kk^*#vR  
<,CrE5Pl  
xMr,\r'+  
gqS9{K(f  
L-+g`  
8. 光栅衍射效率 <WP@q&^k\  
xM%4/QE+  
~,/@]6S&Y  
 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。 d+,!>.<3  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 y#'hOSR2  
 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) vAX(3  
;<Q%d~$xy}  
y,5qY}P+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd "{~5QO   
H,}&=SCk  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 )- W1Wtom  
Et3I(X3  
Db"mq'vT  
K/W=r  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 f$dPDbZQ  
DFMpU.BN W  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 TAXsL&Tz>  
]FCP|Jz  
Jk*cuf `rq  
Uxjc&o  
 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)。 f\_RW;y|m  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 _v&fIo  
9JFN8Gf*)  
应用示例详细内容 BpIyw  
~&RTLr#\*M  
仿真&结果 x*Z'i<;B  
C@XS  
1. 结果:利用光线追迹分析 irQ'Rm [  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 r,;ca6>5H  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ZPZh6^cc  
8 #4K@nm5  
B[Lm}B[  
[[|#}D:L  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd -,")GA+[7  
yz68g?"  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 kG D_w  
 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)。 "'CvB0>   
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, i >3`V6  
p{Q6g>?[  
 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。 !R8%C!=a  
LSta]81B4L  
akvi^]x  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms pyhXET '  
2W+~{3[#  
3. 衍射效率的评估 uZ?P{E,K  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 _*~F1% d  
g@#he95 }  
/V,xSK9.&  
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。 %"`p&aE:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd wlNL;W@w  
ehW[LRtq  
4. 结果:衍射级次的重叠 %DSr@IX  
 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。 }T[ @G6#  
 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)。 m%L!eR  
 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。 hJM& rM7  
 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) eu5te0{G  
 光栅方程: btg= # u  
o^epXIrIPi  
^t'mW;C$4  
CFFb>d  
:[<Y#EX.  
5. 结果:光谱分辨率 qy|bOl  
G`l\R:Q  
_s;y0$O  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run (}b~}X9  
o"JH B  
6. 结果:分辨钠的双波段 eV"%(<{  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ?J2{6,}O*.  
   OH@"]Nc~  
6SCjlaGW5  
-f|/#1  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 k1,k 9BK  
\~#\ [r_  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run "]"0d[d  
THwM',6  
7. 总结 GXZ="3W |  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ^\v]Ltd  
1. 仿真 9i\}^ s2  
以光线追迹对单色仪核校。 a[hF2/*  
2. 研究 :=Zd)i)3  
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。 04U|Frc  
3. 应用 <pk*z9   
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 q.J6'v lj/  
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.tj8O1  
扩展阅读 \>S.nW  
1. 扩展阅读 | va@&;#wf  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 D#<y pJR  
$+PioSq  
 开始视频 U,2OofLM  
- 光路图介绍 bZ_&AfcB  
- 参数运行介绍 d_ =K (}eR  
- 参数优化介绍 9SeGkwec?$  
 其他测量系统示例: \];|$FQg  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Qb@j8Xa4[  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) MNs<yQ9I'  
|Kd6.Mx  
@zS/J,:v}  
QQ:2987619807 TU?n;h#TZ  
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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