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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) Fc[vs52 S -mpob) 应用示例简述 oUsfO-dET^ !S&/Zp 1.系统说明 3.Mpd YGPb8! 光源 rAtCG1Vr — 平面波(单色)用作参考光源 kjPf%*3 — 钠灯(具有钠的双重特性) @{RhO|UR 组件 @7"n X — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 -q9m@!L 探测器 }%}$h2: — 功率 nygGI_[l — 视觉评估 s%y<FXUj 建模/设计 #Tzs9Bkaca — 光线追迹:初始系统概览 jNx{*2._r — 几何场追迹+(GFT+): 6<@+J 窄带单色仪系统的仿真 8F<|.V; 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 C3^3< 6X9$T11Vc 2.系统说明 Z1
)1s DM v;\E~D
/,uxj5_cT Zs t)S( 3.系统参数 HOu$14g g&$5!ifgi
q&[G^9 d, g~.iS~ 1H.;r(c 4.建模/设计结果 [ <d~b*/ y`$qcEw
KM)MUPr j<)$ [v6 总结 yn+m,K/ 6(?@B^S>2 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 0Y* "RbG 1. 仿真 K!(WcoA&2i 以光线追迹对单色仪核校。 20$Tky_ 2. 研究 c]VK%zl 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 fA?Wf[`x 3. 应用 "i&n;8?Y 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 r9(c<E?,h 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 xS/=9l/G w<!&% 应用示例详细内容 D->E& # 系统参数 jQz^)8)B ;W+1 H ! 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 ()8=U_BFz Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 \Qv:7;? WSeiW
He4q-\ht hC{2LLu;n 2. 系统参数
tculG|/ #,lbM%a 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 y#Nrq9r: vm*9xs
K4Nz I9@ 4E!Pxjl 3a 3. 说明:平面波(参考) >d
.|I& S=<
]u 采用单色平面光源用于计算和测试。 >>R)?24,< "/^kFsvp
# 6?2 2Os 26zif 4. 说明:双线钠灯光源 ss|n7 RM2feWm wN0?~ 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 Z'^.H3YvL 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 R 'mlKe x 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 >i1wB!gc8 *"/BD=INv}
|QH )A 75Bn p9 5. 说明:抛物反射镜 bw#\"uJ TxkvHiq2 zS?}3#g0u 利用抛物面反射镜以避免球差。 jP3 ~O 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 aQ 6T2bQ ZZ0b!{qj3
HwMe^e; 1*@Q~f:Uk
y(K:,CI \gZjq]3 6. 说明:闪耀光栅 l_q1h]/
Si#XF[/ QmPHf*w[ 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 @yPI$"Ma 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 Zr\G=0` Z q}Cl'f
{\!@k\__ /8(t:
=6w(9O 5i3nz=~o 7. Czerny-Turner 测量原理 V SH64 zgpvI~Ck 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。 ?v@q& '&xRb*
f7]C1!] 8\Z/mU*4 0ipYXbC 8. 光栅衍射效率 !jJH}o/KW lFM'F [-?- %eqL)pC] 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。 Q#$dp 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 }xzbg 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) (e{pAm n)teX.ck)
Zo(QU5m0 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd I03
45Hc 0l %|2}a 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 QW%BKF! Uw_z9ZL
9o5_QnGE lT]dj9l 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 8|#p D4e <wt9K2, 10. Czerny-Turner 系统的3D视图
}NJ? .Y j]_"MMwk$<
Mj@ 0F
2hy G@n%P~ 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)。 W%7m3/d 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 '||),>~ Bx&wS|-) D 应用示例详细内容 {YgB?kt5 E
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*; 仿真&结果 ddD $ 4+ ((%g\&D 1. 结果:利用光线追迹分析 [P_1a`b 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 , 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 mI~k@ !3 "&/&v
NLxsxomj 3$`qy|=zO file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 8.Ty
,7Z M 9b_Q 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 ojH-;|f 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 AiO29< 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, C[O \aW
>m{)shBX 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 V+l>wMeo `cr.C|RT:
v2Bks2 animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms OC]_b36v UI 7JMeV 3. 衍射效率的评估 ~T[m{8uh 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 GZ];U]_ @GGPw9a
ukSi9| 1-, 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 )LwB file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd xCV3HnZ `_'I 9,.a 4. 结果:衍射级次的重叠 L6O@ q`\z 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 B/Lx, VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ^8nK x<&5 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 5xHl6T+ 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) @3K 4,s 光栅方程: of^N4 'qhA4W9
PU^Z7T); GIDC' zKWcDbj 5. 结果:光谱分辨率 W/uaNp '@iS5Fni
KutR l$, file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run @"H+QVJ@ !58-3F%P 6. 结果:分辨钠的双波段 16YJQ ue 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 @fbB3 ![iAALPNl
!_cT_
WHty C``%<)WC 设置的光谱仪可以分辨双波长。 swnov[0 CBTa9|57 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run UGPD5wX? /9WR>NUAO 7. 总结 Au"[2cG 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 G)?O!(_ 1. 仿真 3e:"tus~ 以光线追迹对单色仪核校。
#oi4!%*M 2. 研究 y2^r.6"O 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。 56AaviE C 3. 应用 lBL;aTzo 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 v.,C"^W 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。 'j!7
O+7y 扩展阅读 /H,!7!6>? 1. 扩展阅读 .dV o[m; 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 :*6tbUp ts%@1Y? 开始视频 >wM%|j' - 光路图介绍 7##nY3",^ - 参数运行介绍 ZQnJTS+ Rd - 参数优化介绍 7^Jszd:c08 其他测量系统示例: gV!Eotq - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) $[[6N0}*: - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) /%rbXrR4w us4.-L y^hpmTB3" QQ:2987619807 7|T5N[3?l,
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