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<]bv7V E2B>b[ 应用示例简述 A"Q@W<. woq)\;CK 1.系统说明 ?*r!{3T ,u l2hG$idC 光源 ;7Oi! BC — 平面波(单色)用作参考光源 t5
a7DD — 钠灯(具有钠的双重特性) djT5X 组件 Eaad,VBtU — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 ngi<v6 i 探测器 /NF# +bx — 功率 dV 8iwI — 视觉评估 b]gY~cbI8 建模/设计 F=)eLE{W — 光线追迹:初始系统概览 j;K#] — 几何场追迹+(GFT+): y|_Eu: 窄带单色仪系统的仿真 vuz4qCQ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析
+f4W"t t^EhE 2.系统说明 VanB>|p6 #l1Q e`
ZEbLL4n b~7drf 3.系统参数 :6;e\UE @LLTB(@wR
:u%$0p> A~lIa$U$b '~-IV0v9 4.建模/设计结果 _>bRv+RVR N~,_`=yRx
^&c$[~W iz}sM>^ 总结 kReG: e&X>F"z2 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 C>|@& o1 1. 仿真 'b:Ne,< 以光线追迹对单色仪核校。 igDyp0t 2. 研究 p*;Qz 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 =\5> 3. 应用 Gg0#H^s( ( 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 xQt 3[(Z 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。 >R,?hWT 'zgvQMu 应用示例详细内容 m[2'd 系统参数 w! q& CdhSp$> 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 }WP-W Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 p4/$EPt)lY 2DMrMmLI
J l7z|Q S r25Z`X Z 2. 系统参数 fB#XhO T'rjh"C&| 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。 Q2~5" ?=|kC*$/G
<lFY7'aY dhR(_ 3. 说明:平面波(参考) Z}cIA87U RLKj
u;u 采用单色平面光源用于计算和测试。 ~y\:iL//E A1JzW)B
v}il(w;O !
sYf< 4. 说明:双线钠灯光源 y' tRANxQ kP,7Li\ lpEDPvD_Vm 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。 P79R~m` 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)。 ]O@"\_} 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 _p4}<pG tjb/[RQ
J@bW^>g*6u /(%Ig,<"JC 5. 说明:抛物反射镜 R#6H'TVE _.f@Y`4d Q#rt<S1zW 利用抛物面反射镜以避免球差。 Hhf72IX 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。 BRtXf0~&p Kx]> fHK
Dt {') 2YIF=YWO},
:,C%01bH|l ze"~Ird 6. 说明:闪耀光栅 i]M"Cu* -lp"#^ ; =K6c; 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 2}`R"MeS 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 u`p_.n:5) y"R("j $
Dm4B "8t\MKt(
2
zl~>3S %AgA -pBp 7. Czerny-Turner 测量原理 9UmBm#" X<K9L7/* 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。 0 0,9azs &
>b+loF
:C}H y nhT;b,G.Z o>K &D$J;O 8. 光栅衍射效率 #L1>dHhat u[mY!(>nQ 8}K"IW 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。 !Ud:?U 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 d
qpgf@ 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) Z%;)@0~f 9i[4"&K
uri*lC file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd \CtQ*[FmN $/.<z(F 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 7%tR&F -u 0&B:\
8vO;IK]9b^ ~%KM3Vap 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 '2wCP
EC B{=009. 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 l<n5gfJ \AHY[WKx
x~Pvh+O x i.IRAZX 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 2b!j.T#u 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Dx0O'uwR p}f-c 应用示例详细内容 =1Ri]b /Bm#`?(ia 仿真&结果 y-<$bA[K~ t,1in4sN 1. 结果:利用光线追迹分析 n/?eZx1 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Gb?g,>C 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 &h\CS8nT% 0 S2v"(_T
E0T&GR@. ki`8(u6l file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Z/n3aYM 99a\MH`^ 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 =9fEv,Jk 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)。 w)^\_uAlS 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 7}A5u,.,ht
%`eJ66T 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。 fqN75['n `,Xb8^M2
OWZS3Y+ animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms T
G_bje }2h't.Z<u 3. 衍射效率的评估 /MhS=gVxM 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 /%5_~Jkr, [f=.!\0\
\WiqN*ZF 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。 YWSz84d file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ](_{,P {:,_A 4. 结果:衍射级次的重叠 TR~|c|B 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。 %V31B\]Nz7 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)。 abL/Y23
" 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。 >dyhox2*" 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) _O"L1Let 光栅方程: (=`Z0)= Z(KmS(
O@nqHZ `bzr_fJ 9LH=3Qt 5. 结果:光谱分辨率 Jc`Rs"2 Q,D0kS P
tCX9:2c file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run r }ZLf g})6V 6. 结果:分辨钠的双波段 5/tj 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 *wViH zIP[R):3&U
,GP!fsK {d^Q7A:` 设置的光谱仪可以分辨双波长。 mm_^gQ,` SOhSg]g file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 6`_! ?u7 D*CIE\+ 7. 总结 JOJh,8C)6 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 >~h>#{& 1. 仿真 :-w@^mli 以光线追迹对单色仪核校。 EbG_43SV 2. 研究 ,wEM
Jh 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。 tB
GkRd! 3. 应用 (~=Qufy 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ?E%U|(S)=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。 *C5:#A0 扩展阅读 I0I_vu 1. 扩展阅读 4sj9Z: 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 be&6kG :-$cdZ3E 开始视频 |~ z8< - 光路图介绍 ooomi"u - 参数运行介绍 uFGv%W - 参数优化介绍 B"7$!C o 其他测量系统示例: 3?.6K0L - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) =>HIF#jU - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) yQ<6p3 }/_('q@s\ {'h)
QQ:2987619807 J f\Qf
|
|