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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) w1-P6cf rOE:
ap|KL 应用示例简述 Pf,@U'f| EZjtZMnj 1.系统说明 >"=DN5w
,S 8TAJ#Lm 光源 li\=mH,Wr — 平面波(单色)用作参考光源 N8Z z6{rp — 钠灯(具有钠的双重特性) GrJLQO0$N 组件 x>##qYT — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 RzL(Gnb 探测器
LFW`ISY{ — 功率 U'9z.2"}9 — 视觉评估 (?t}S.>g 建模/设计 ,G}i:7 — 光线追迹:初始系统概览 kD;pj3o&"2 — 几何场追迹+(GFT+): N2'aC}
I 窄带单色仪系统的仿真 mgVYKZWL-i 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 z#o'' :EQ{7Op` 2.系统说明 X|Y(* $?D7 , p~1fB-/
wxc#)W h
':ZF 3.系统参数 Mhti 54z.@BJhE
b=/'cQ LYRpd /A-WI x 4.建模/设计结果 Ws`ndR =iKl<CqI$E
0] fM"*;LN!N 总结 77)WNL/
x \298SH(!7 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 dV'EiNpf 1. 仿真 }}tbOD)t 以光线追迹对单色仪核校。 &LAXNk2 2. 研究 / 'qoKof 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。 /
}$n_N\!) 3. 应用 (VjU ,'h 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 _;;Zz&c 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ySmbX [DM0'4 应用示例详细内容 OQKeU0v 系统参数 u7[}pf$} [#q>Aq$11 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 qiOJ:'@ Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 Q&I`uS=F A'KH_])
8\lh'8 -<6?ISF2 2. 系统参数 MqAi}z% R03 Te gwA 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 Y!CUUWM &2`p#riAS
LjBIRV7 -U=Ci 3. 说明:平面波(参考) yk`qF'4] >SK:b/i 采用单色平面光源用于计算和测试。 +1y$#~dl kJ_8|
VX$WL"A Zj_2>A 4. 说明:双线钠灯光源 @m#OhERv +
t5SrO!` $0 olqt: 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。 1g{Pe`G, 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)。 \x}\)m_7M< 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 2]5{Xmmo9 {6zNCO
h)HEexyRg Kp`{-dUf 5. 说明:抛物反射镜 i3,IEN 2jFuF71 ?Afe} 利用抛物面反射镜以避免球差。 9 %T??- 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。 oBkhb by/H:5}7
-!j6& zsg\|=P
SeD}H=,@ T-en|. 6. 说明:闪耀光栅 ;miif lT|Gkm<G N*o{BboK; 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 4o*i(W 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 !ZYPz}&N_ B.q/}\
?(
<q'l7S zt(lV
f+h\RE=BGt ).SJ*Re*^I 7. Czerny-Turner 测量原理 %F;BL8d bv[#|^/ 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。 AE0uBv ]vvYPRV76
F8f}PV]b Jka>Er VeYT[Us" 8. 光栅衍射效率 9TW[;P2> ) LhJUoX 3p0v 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。 %QezC+n 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 QyD0WC}i 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) {&=+lr_h? Q(bOar5
Q^(CqQo!< file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd !g@Ky$ 7Sx|n}a-3 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 =;rLv7(a F]\
Sk'}&
1q6)R/P V}jGxt0 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 ~:ASv>m @Zt~b'n 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 vO}r(kNJ %{u@{uG0'3
F9fLJol PCviQ!X 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)。 {^N,=m\ 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 dli(ckr ;TAj;Tf]H 应用示例详细内容 G4*
LO 3l{V:x!9@ 仿真&结果 aAg Qv* p='j/= 1. 结果:利用光线追迹分析 #T=iS(i 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 1}(22Q; 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 0<,{poMM w*F[[*j@.
1G>Ud6(3< 1d5%(:@ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 0AQazhm 2W,9HSu8 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 bMO^}qR` 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)。 HpnF,4A> 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, j4~(6Imm
j-<-!jTd
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。 =:H-9 X +`Dg::
5vx 4F f animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms B)0/kY7c TRhM xH 3. 衍射效率的评估 3=O [Q :8 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 (i~UH04r>s Z)@vJZ*7(
[D"6& 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。 I dK*IA4 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 'OY4Q'Z P5Xp #pa 4. 结果:衍射级次的重叠 Rl?1|$% 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 V]H(;+^P VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 irt9%w4" 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 DQG%`-J 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) ]Lv P)0= 光栅方程: 6.@.k 20c5U%
|AYii-g v;,W ^#`
Z
RVt2 5. 结果:光谱分辨率 |Z:yd}d x@NfN*?/+i
,/f\ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 1Lb)S@Q`*R _^iY;& 6. 结果:分辨钠的双波段 ]IuZ T 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 lp`j3) iOiFkka
\BHZRytQF pDS[ecx 设置的光谱仪可以分辨双波长。 g[} L
? GfONm6A file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run i}m'#b Rw+r1vW:A 7. 总结 <*5S7)]BP 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 :8yebOs 1. 仿真 M5I`i{Gw 以光线追迹对单色仪核校。 F_@B ` , 2. 研究 `l|Oj$ 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。 ZF>:m> 3. 应用 S{^x]h|? 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 |f_'(-v`E 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。 Ii0\Skb 扩展阅读 O=%Ht-kOc 1. 扩展阅读 mV}bQ^*?Z 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 SdnnXEB7 ;hQ[- 开始视频 AXbb-GK - 光路图介绍 &eMd^l}:# - 参数运行介绍 dA<%4_WZty - 参数优化介绍 |k}<Zz1UM 其他测量系统示例: :!Ci#[g - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) `l45T~`]$ - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) AZ.QQ*GZ#y P00G*iY~\ jf)cDj2 QQ:2987619807 Do4hg $:40
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