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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) h-6x! 6pm upiYo(sN. 应用示例简述 e \. ak\[+wQ 1.系统说明 Lum5Va%0 #6@4c5{2=4 光源 L[tq@[(IJ — 平面波(单色)用作参考光源 10CRgrZ — 钠灯(具有钠的双重特性) 2 }rYH;Mx 组件 \m#{{SGm — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 m8Rt>DY 探测器 S3^(L — 功率 Bo0f`EC I — 视觉评估 6*:U1{Gl) 建模/设计 :kvQ3E0 — 光线追迹:初始系统概览 9JJk\, — 几何场追迹+(GFT+): 9\>{1"a 窄带单色仪系统的仿真 _8e0vi!~2 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 A().1h1_k ?u>A2Vc! 2.系统说明 l:*.0Tj Mp06A.j[
2E0oLl[ uOPLJ?% 3.系统参数 KebC$g@W f1q0*)fk
"] ]aF1 o\X|\nUk d$y?py 4.建模/设计结果 ;)z+dd#3 lT_dzO
B1TWOl?d{ Qp +M5_ 总结 Z GrDa q-qz-cR 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 aX?
tnDv 1. 仿真 M:oZk&cs 以光线追迹对单色仪核校。 ~YXkAS: 2. 研究 ucFfxar" 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。 =l>=]O~h 3. 应用 e?:1wU 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 's$/-AV 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。 *RFBLCt =nv/
r 应用示例详细内容 rW+}3] !D/ 系统参数 c"P:p%\m&u _% i!LyG 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 0a:@DOzT 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。 TP mb]j p5J!j I=
c|X}[ l_pf9!z 2. 系统参数 YwZ]J 6
2t9SY 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。 4jC7>mE 8d(l)[GZt
);{76 @ X5#? 3. 说明:平面波(参考) Y)7\h:LIg J:G{ 采用单色平面光源用于计算和测试。 7h`t-6<!q zN/nKj: Q
bSa]={}L( GjbOc 4. 说明:双线钠灯光源 0@RVM| TjOK8
t \zhCGDm1_ 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。 68~5Dx 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)。 Pb<6-Jc[ 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 e^UUR-K% |{La@X
4)Ew
rU fJ+4H4K 5. 说明:抛物反射镜 >J{e_C2ZS zb.sh q siV 利用抛物面反射镜以避免球差。 yUs/lI, Q 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。 {Rn*)D9 K4b2)8
8F/zrPG S~M/!Xb
kArF Gb2c (O/W`qo 6. 说明:闪耀光栅 le6eorK8 M-(,*6Q q NUd "%S 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 seb/rxb 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 r(<91~Ww ? 3oUkGfn
!8tqYY?>@\ ~I]aUN
u $qazj -i]2b 7. Czerny-Turner 测量原理 CKX3t:HP0 lYU?j|n 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 /as+ TU`A :0p$r
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QqsQ dJ~Occ 1~r D4*_/,} 8. 光栅衍射效率 O7p=|F" >AWWwq - {ITxHt 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。 +9M";'\c 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 A(z
m 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) 1w+)ne_& `:d\L
H
()Qq7/ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Q)5V3Q]@^ kJ)Z{hy 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 67U6`9d r+tHVh
hLT?aQLx JO~62='J 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。
9&s>RJ J^zB5W,) 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 &td WsT
xF*i+'2 [4+I1UR` 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)。 !1l~'/r 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 l!:L<B [@@EE>
y 应用示例详细内容 0XI6gPo% 5+t$4N+P 仿真&结果 bQdu= s[ FLIU}doc 1. 结果:利用光线追迹分析 #Fkp6`Q$x 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 /Eu|Jg=I 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ^JGwCHeb|H N l^uA
xRZ/[1f! pDcGf7 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd lkJe7 +s s0DT1s& 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 HrUE?Sq 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)。 (IIZ vCek 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, GE=PaYz
24\^{3nOK 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。 ,x?Jrcx~'C @QE&D+NS
tD,I7%|@ animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms uvi&! )x 5yjG\~ 3. 衍射效率的评估 #$l:% 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 E@-5L9eJ\ Bve',.xH
8[#EC 3 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 H#G3CD2& file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd gL`aLg_ Hk$do`H-=Y 4. 结果:衍射级次的重叠 <`NtTG 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。 h;R>|2A 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)。 &w:0ad| 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。 x:c'ek 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) FytGg[#] 光栅方程: \y+^r|IL 0 c]]
ULO_?4}B AqHGBH0 5x!rT&!G 5. 结果:光谱分辨率 En4!-pWHQ G/_xn5XDD
H|/"'t
OZ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 3,J{! 2'Raj'2S4 6. 结果:分辨钠的双波段 { T<[-"h 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ^ Z3y >)k[085t
#}Bv/`t 3N4kW[J2i 设置的光谱仪可以分辨双波长。 L]l?_#*x QHd|cg file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run '@5x=> Nw%^Gs<~ 7. 总结 7/K'nA 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 -![{Zb@ 1. 仿真 U*XdFH}vV 以光线追迹对单色仪核校。 VBW][f 2. 研究 r]Lj@0F>8 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。 yM7FR); 3. 应用 {c7@`AV] 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 0^6}s1d_ 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。
ONUa7 扩展阅读 b#n 1. 扩展阅读 fw|t`mUGu 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 c?6(mU\x \w-3Spk* 开始视频 ReGT*+UN - 光路图介绍 ]deO\mB - 参数运行介绍 X @/X65=[ - 参数优化介绍 W#kLM\2L 其他测量系统示例: 6=x]20 - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) [C!m,4 - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ony;U#^T DmZ_tuVI Hi U/fi` QQ:2987619807 IvI;Q0E-3
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