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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) W"{Ggk` U S^% $Z: 应用示例简述 Szo'[/
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F/Goq` 1.系统说明 (m]l -Re osV6= 光源 -FeXG#{) — 平面波(单色)用作参考光源 A#U! KX — 钠灯(具有钠的双重特性) XM'tIE+| 组件 D
0Xl`0"' — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 ^F^g(|(K 探测器 n,I3\l9 — 功率 ly0R'4j \ — 视觉评估 oEIpv;:_ 建模/设计 r. 82RoG?G — 光线追迹:初始系统概览 T"wg/mT — 几何场追迹+(GFT+): $4bc! 窄带单色仪系统的仿真 "t|)Kl 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 }YwaN'3p! /9vi 2.系统说明 Tigw+2 tE*BZXBlm
OB>Hiy
RpdUR*K9x 3.系统参数 41
F;X{Br {C |R@S
5xH=w: 0U42QEG2 Nd8>p.iqO 4.建模/设计结果 4o>y9 7QO/; zL
--h\tj\U ]b-2:M 总结 -^&=I3bp OGZD$j 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 I0XJ&P% 1. 仿真 ,dC.|P' ` 以光线追迹对单色仪核校。 W(q3m;n 2. 研究 4v[y^P 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。 ]545:)Q1 3. 应用 ljFq ;!I5 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 =rKJJa N 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。 P&`%VW3E +p 6Ty2rz 应用示例详细内容 rr#nBhh8 系统参数 &ALnE:F pBtO1x6x/ 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 uq5?t 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。 TY8gB!^ 5|*{~O|
"GMU~594 7F<{ Qn 2. 系统参数 SxF'2ii *p/,Z2f 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。 gP_N|LuF" \'|n.1Fr
Q68~D.V%r r1!1u7dr
t 3. 说明:平面波(参考) i6Z7O)V 0CzQel)L: 采用单色平面光源用于计算和测试。 =O}I{dNKZV ERPg TZT
u\LNJo| B PUQ",;&y1 4. 说明:双线钠灯光源
fHiL%]z sL@\,]Y ~ QRjl 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。 CL0lMZ 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)。 s;A7:_z#7 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 z;JV3)E Sk{skvd;
ky2]%cw UL[,A+X8D 5. 说明:抛物反射镜 Y0(4]X \ey [,Ehu<mEK {
^o.f 利用抛物面反射镜以避免球差。 Pmv@ 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。 bM?gAY]mB8 OIKx:&uIk
AJyNlQ py;p7y!gxA
Gz&} OO y:)^*2GA-B 6. 说明:闪耀光栅 B:h<iU:'D HOx4FXPs q,Gymh; 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 (zsG!v 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 kQkc+sGJf Q`F1t
m>=DJ{KQ Vh~hfj"
q|*^{(tWs Sp>g77@ 7. Czerny-Turner 测量原理 _?-oPb Wt/;iq" 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。 Kk^*#vR <,CrE5Pl
xMr,\r'+ gqS9 {K(f L-+g` 8. 光栅衍射效率 <WP@q&^k\ xM%4/QE+ ~,/@]6S&Y 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。 d+,!>.<3 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 y#'hOSR2 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) vAX ( 3 ;<Q%d~$xy}
y,5qY}P+ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd "{~5QO H,} &=SCk 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 )-
W1Wtom Et3I(X3
Db"mq'vT K/W=r 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 f$dPDbZQ DFMpU.BN W 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 TAXsL&Tz> ]FCP|Jz
Jk*cuf`rq Uxjc&o 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)。 f\_RW;y|m 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 _v&fIo 9JFN8Gf*) 应用示例详细内容 BpIyw
~&RTLr#\*M 仿真&结果 x*Z'i<;B C@XS 1. 结果:利用光线追迹分析 irQ'Rm[ 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 r,;ca6>5H 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。
ZPZh6^cc 8 #4K@nm5
B[L m}B[ [[|#}D:L file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd -,")GA+[7 yz68g?" 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 kGD_w 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)。 "'CvB0> 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, i >3`V6
p{Q6g>?[ 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。 !R8%C!=a LSta]81B4L
akvi^]x animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms pyhXET
' 2W+~{3[# 3. 衍射效率的评估 uZ?P{E,K 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 _*~F1% d g@#he95 }
/V,xSK9.& 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。 %"`p&aE: file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd wlNL;W@w ehW [LRtq 4. 结果:衍射级次的重叠 %DSr@IX 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。 }T[@G6# 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)。 m%L!eR 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。 hJM&rM7 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) eu5te0{G 光栅方程: btg= # u o^epXIrIPi
^t'mW;C$4 CFFb>d :[<Y#EX. 5. 结果:光谱分辨率 qy|bOl G`l\R:Q
_s;y0$O file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run (}b~}X9 o"JHB 6. 结果:分辨钠的双波段 eV"%(<{ 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ?J2{6,}O*. OH@"]Nc~
6SCjlaGW5 -f |/#1 设置的光谱仪可以分辨双波长。 k1,k 9BK \~#\ [r_ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run "]"0d[d THwM',6 7. 总结 GXZ="3W | 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ^\v]Ltd 1. 仿真 9i\}^ s2 以光线追迹对单色仪核校。 a[hF2/* 2. 研究 :=Zd)i)3 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。 04U|Frc 3. 应用 <pk*z9 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 q.J6'v lj/ 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。 h.tj8O1 扩展阅读 \>S.nW 1. 扩展阅读 |va@&;#wf 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 D#<y
pJR $+PioSq 开始视频 U,2OofLM - 光路图介绍 bZ_&AfcB - 参数运行介绍 d_
=K (}eR - 参数优化介绍 9SeGkwec?$ 其他测量系统示例: \];|$FQg - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Qb@j8Xa4[ - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) MNs<yQ9I' |Kd6.Mx @zS/J,:v} QQ:2987619807 TU?n;h#TZ
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