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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) qhEv6Yxfw6 [d: u( 应用示例简述 >?, Zn T3X'73M 1.系统说明 X2z<cJG|d@ =l/6-j^ 光源 CMXF[X)% — 平面波(单色)用作参考光源 Ao\xse{E — 钠灯(具有钠的双重特性) FACw;/rW 组件 or/gx 3 — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅
.Q{RTp 探测器 vADiW~^Q^ — 功率 c$O8Rhx — 视觉评估 :?>7Z6 建模/设计 '<R>cN" — 光线追迹:初始系统概览 ^"WVE[" — 几何场追迹+(GFT+): F5h/> 窄带单色仪系统的仿真 4:`D3 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 54gr'qvr IS2cU' 2.系统说明 ]~({;;3o- ,NSf
EB~]6.1 0l!#u`cCI 3.系统参数 WYw#mSp > |$]=e,Z
mj~:MCC [#PE'i4
`o[l%I\Q 4.建模/设计结果 x:|Y)Dn\ I//=C6
apvcWF% <ql,@*Y 总结 +yGQt3U rE3dHJN; 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 w;z7vN~/O 1. 仿真 (|gQ
i{8 以光线追迹对单色仪核校。 D(!^$9e9b 2. 研究 =Zd(<&B K 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 JMb_00r 3. 应用 yvAO"43 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 MdHm%Vx 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 v pI9TG Gt w>R 应用示例详细内容 uDf<D.+5Ze 系统参数 |=?#Xbxz "6B7EH 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 p3Sh%=HE' Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 :E:e ^$p 7=!9kk 0
$#Pxf 1U 6B$(V^i 2. 系统参数 AK:cDKBO ;_<R +w3- 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。 K7
e~%mY ).T&fa"
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T2j! 3. 说明:平面波(参考) Gw
M:f/eV $3-vW{< 采用单色平面光源用于计算和测试。 Ey6R/M)?:y !X>u.}?g
e#"h@kZP s|[>@~gXk 4. 说明:双线钠灯光源 / f%mYL @/2Kfr 9T,/R1N8 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 dG\wW@}J 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 5> k:PKHL 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 Z>[7#;; j8Z, :op
dC11kqqj u-_r2U 5. 说明:抛物反射镜 s#2t\}/ qd`e:s*% v^|U? 利用抛物面反射镜以避免球差。 i\R0+O{ 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 5]xuU.w' 7|rH9Bc{U
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rfXxg^ 6. 说明:闪耀光栅 36d nS>4 4S_ -9&z 8tY>%A~^z 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 @AyteHK
通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 a#oROb-*~ .;#T<S"
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L/3A g*
] |tXA$}"L8 7. Czerny-Turner 测量原理 K$E3RB_F TBlSZZ-55] 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。 q"2QNF' 9&mSF0q
`lf_wB+I N0`9/lr| J-W9B amx 8. 光栅衍射效率 H]TdW;ZbZ MP]<m7669* 2YD\KXDo 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。 _e%D/} 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 4u{S?Ryy 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) Q>niJ'7WF w)btv{*
$|4@Zx4vf file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd N?GTfN ~!S3J2kG{ 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ggso9ZlLu+ uvys>]+
s%[F,hQRk WQ|:TLQ 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 05UN
<l] l#)X/(?; 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 -I< >Ab
-D^I;[j_
5Xy(za hpdI5 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)。 8|&,JdT 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 lu utyK! _&KqmQ8$7 应用示例详细内容 =H95?\}T[ l;8t%JV5 仿真&结果 P^Hgm Q*M# e 1. 结果:利用光线追迹分析 Mf5j'n 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 1{uxpYAP=
对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 4.A^5J'W sz7*x{E
3:nhZN/95T .)E#*kLWR file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd IsXNAYj Bk8}K=%w 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 ct+F\:e 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 G?Et$r7:R 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, y<`5
1(' wg! 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。 PgtLyzc srS!X$cec
I| TNo-!$ animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms r[9m-#)> nnlj# 3. 衍射效率的评估 !$)reaS 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 Ae5A@4 dCx63rF`G
KQ~y;{h?b 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 ?<Qbp;WBo file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd _{|a<Keq| ~M~DH-aX 4. 结果:衍射级次的重叠 `$a!CJu, 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。 VoCg,gow 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%+K9a 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。 XG#?fr}L 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) E|pT6 光栅方程: T!/o^0w lKbWQ>
jN6V`Wh_ p.:651b 74^v('-2 5. 结果:光谱分辨率 ~cU1
/CW8 =DwLNyjU4
b'4a;k!rS file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run eP~bl
Xj, %t} 6. 结果:分辨钠的双波段 _hnsH
I!oD 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 WZa6*pF !~
o%KQt
.AN1Yt MqJTRBs% 设置的光谱仪可以分辨双波长。 ]9!y3"..W{ AKk=XAG W file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 8Qi)E1n D:`Q\za 7. 总结 <B@NSj 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 |bk9<i ? 1. 仿真 `2>p#` 以光线追迹对单色仪核校。 !7t&d 2. 研究 ?N4FB*x 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。 *eg0^ByeD 3. 应用 k26C=tlkv" 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Jp jHbG 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。 %g:Q? 扩展阅读 NQD5=/o 1. 扩展阅读 V 7,dx@J- 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 W" =l@}I )at:Xm<s 开始视频 *+v*VH - 光路图介绍 8#!g;`~ D - 参数运行介绍 eEXNEgbn - 参数优化介绍 6B]=\H 其他测量系统示例: P!-RZEt$ - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ;*?>w|t}w - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ##mZ97>$ *iB&tWv ,^bgk
-x- QQ:2987619807 0"7+;(\1Rk
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