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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) /Z9`uK  
0T{Y_IG  
应用示例简述 c K}  
1_E3DXe  
1.系统说明 MsiC!j.-  
YI(OrR;V  
 光源 |(8Hk@\CT>  
— 平面波(单色)用作参考光源 BKlc{=  
— 钠灯(具有钠的双重特性) V/[,1W[B  
 组件 fm2Mi~}0  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 uC8T!z  
 探测器 e^fKatI1  
— 功率 z(#hL-{c  
— 视觉评估 -"^WDs  
 建模/设计 kviSQM2  
— 光线追迹:初始系统概览 o5G"J"vxe  
— 几何场追迹+(GFT+): ?~y(--.t;T  
 窄带单色仪系统的仿真 N)I T?  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 L" ^366M!  
W2LblZE!  
2.系统说明 Q1&dB{L  
YGO7lar  
,ce^"yG  
-v+^x`HR  
3.系统参数 #3[b|cL  
GpQF * x  
&-)Y[#\J  
1kw4'#J8  
U\GZ  
4.建模/设计结果 A-`J!xj#/  
T-8nUo}i  
4g^+y.,r_f  
A =#-u&l  
总结 iBW6<2@oZF  
>"{zrwNq  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 w=>mG-  
1. 仿真 k_^/   
以光线追迹对单色仪核校。 ,ST.pu8N.  
2. 研究 U jzz`!mz  
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。  wupD   
3. 应用 u9~J1s<e  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 &+iW:  
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。 _%%"Y}  
&/FwV'  
应用示例详细内容 Z6@J-<u  
系统参数 ho$%7mc  
:Aiu!}\  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 fzG1<Gem  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 fR;_6?p*B  
ZTC1t_  
(,y/nc=GN  
7f,W zvV  
2. 系统参数 80>!qG  
* %BI*p  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 ~o5iCt;w  
cHct|Z u  
l;kZS  
nQ3goVRFP  
3. 说明:平面波(参考) eakIK+-21y  
wcT6d?*5  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Y &+/[ [  
_\;# a  
`I{Q,HQ7  
>g2.z>  
4. 说明:双线钠灯光源 i_ TdI  
T^G<)IX`c  
8QBL:7<  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 :[0 3upyS  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 ENjD~S  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 ~riw7"  
f`rz)C03  
qEz'l'%(  
4=:eGlU93U  
5. 说明:抛物反射镜 X#<Sv>c^  
6LQO>k  
?\r3 _  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 bOKNWI   
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 B(dL`]@Xm  
FR"^?z?}p  
.CpO+z  
 '|T=  
Hp AZ{P7  
W7"sWaOhW  
6. 说明:闪耀光栅 gv-k}2u_  
Ts6X:D4,  
)>p6h]]a  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ;d40:q<  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 yG4MqR)J  
|pY0IqO  
TD7ONa-,  
gK#w$s50  
`_)dEu  
lh5d6VUA  
7. Czerny-Turner 测量原理 sA.yb,Fw  
=T]OYk  
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。 k#n=mm'N9  
L+L9)8FJ  
,V?,I9qf  
(C%'I  
wQc  w#  
8. 光栅衍射效率 i\G3 u#  
k_B^2=  
'CX KphlWs  
 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。 D6WsEd>  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 4{KsCd)  
 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) ,z3b2$ &A  
gP@ni$n  
<9~qAq7^  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ]'q<wPi  
E.9F~&DPJ<  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 rGWTpN  
U|nk8 6r  
*&D=]fG  
;+U9;  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 |sh  U  
Tx(R3B+u7  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 <4g^c&  
#,56vVY  
y(k2p  
RAC-;~$WB  
 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)。 nq=fSK(  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 EIRf6jL  
5z _)  
应用示例详细内容 z0sB*5VH  
\<} nn?~n  
仿真&结果 Ar==@777j  
BlUY9`VWh@  
1. 结果:利用光线追迹分析 $$@Tgkg?o  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 _$0Ix6y,  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Y"@kvd  
w9%gaK;  
C6n4OU  
_OY;SJ(  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd =%L^!//c  
L*z;-,  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 `4CRpz  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 <Yc:,CU  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, G\Me%{b#  
1 .M?Hp9i  
 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 nTAsy0p]  
pqe**`z@y  
D&shrKFx  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms VxCH}&!  
Aq"_hjp  
3. 衍射效率的评估 <7GK *I  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 Vr*t~M>  
Lh}he:k+  
<LJ$GiU  
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。 <R2  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd L!5f*  
j- A|\:   
4. 结果:衍射级次的重叠 `&_qK~&/X  
 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。 Ur`v*LT}~  
 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)。 N(9'U0z  
 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。 mT.F$Y9  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) v% 1#y5  
 光栅方程: ,'!&Z *  
a-3~HH  
vl#/8]0!  
;[xDc>&("Q  
ql#K72s  
5. 结果:光谱分辨率 "CaVT7L  
v zn/waw  
+|.#<]GA  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run `drvu?F  
x!< C0N>?z  
6. 结果:分辨钠的双波段 4MM#\  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 eN$~@'w  
   B0Z@ Cf  
9$_}E`  
\R<yja  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 $d"6y  
Xm*Dh#H  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run g9gyWz  
.Ybm27Dk  
7. 总结 u&qdrKx  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 +q4T];<  
1. 仿真 K|B1jdzL  
以光线追迹对单色仪核校。 WMg#pLc#  
2. 研究 ?832#a?FZ;  
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。 >fjf] 6  
3. 应用 H`y- "L8q  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ENGw <  
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。 _])1P?.  
扩展阅读 `S!`=26Z!  
1. 扩展阅读 $Ec;w~e  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 lu>>~vy6  
snyx$Qx(  
 开始视频 YB 4R8}4  
- 光路图介绍 %|;^[^7+}t  
- 参数运行介绍 tHGK<rb  
- 参数优化介绍 6G( k{S  
 其他测量系统示例: ZK13[_@9  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) sOHh&e  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) A.y$.(  
nBNZ@nD  
J|ILG  
QQ:2987619807 l/TH"z(  
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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