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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) AIE)q]'Q X\ h]N 应用示例简述 ?Z;knX\?J *P_TG"^{W 1.系统说明 Cc=`:ED+ ON=xn|b4 光源 Y A;S'dxY — 平面波(单色)用作参考光源 l_8t[ — 钠灯(具有钠的双重特性) ^,?]]=mE 组件 `T-(g1:9 — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 $N+azal+y 探测器 sl)_HA7G — 功率 %3q@\:s — 视觉评估 ~<|xS
建模/设计 BqR8%F — 光线追迹:初始系统概览 ZJ!/49c*> — 几何场追迹+(GFT+): GE"#.J4z 窄带单色仪系统的仿真 d/;oNC+ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 zRB1V99k Qd@`jwjS 2.系统说明 s,0,w--= FO*Py)/rX
;X\!*Loe f~E'0f_ 3.系统参数 d(h`bOjI u%&zY97/
-PxA~((g5 9ah,a 4 GXsHc, 4.建模/设计结果 ];IUiS1 ]92@&J0w
vK|dP3 {+Eq{8m` 总结 Z,ag5 w`]L /\2 s%b* 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 @ij}|k%* 1. 仿真 W[+E5I 以光线追迹对单色仪核校。 K^9!Qp 2. 研究 c,e
0+ 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。 $NqT={! 3. 应用 G:f]z;Xdp 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 w(s"r p} 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 RM,r0Kv17Y V7 c7(G 应用示例详细内容 qdzc"-gH` 系统参数 H+-9R 7Sr7a{ 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 j5tA!o Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 2E;*kKw[ AOeptv^k3}
7j{SCE; 'kPShZS$b 2. 系统参数 O7:JG[tR* 5^[V%4y> 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。 entO"~*EX *YYm;J'
KUZ'$oKg ]{Iy< 3. 说明:平面波(参考) vxK}f*d 7 zK%CJ 采用单色平面光源用于计算和测试。 <T<?7SE+ H<g-
Bhv
:jgwp~l 8D)2/$NsY} 4. 说明:双线钠灯光源 ,M5J~Ga p-r}zc9@ E[^66(KR 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。 ;E(%s=i
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)。 StA5h+[m 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 z`5d,M wSnY;Z9W_
4 mPCAA7 r@^h, 5. 说明:抛物反射镜 b$H{|[ 9psD"=/" D8qZh1w%A| 利用抛物面反射镜以避免球差。 2t*@P"e! 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 zuwCN. -#|J
%Gv8]Yb -BgzAxa
) j_g*< bwS1YGb 6. 说明:闪耀光栅 (sz=IB ; fXEF]C G(EiDo& 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 :"|}oKT%mP 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 he;&KzEu /9QI^6&SX
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/MO|q
1Y_Cd ehPrxIyC 7. Czerny-Turner 测量原理 ;3-5U&Axt bO^#RVH 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 F\yxXOI " +'E
rfpeX 4#{i ML^c-xY( 8. 光栅衍射效率 4N|^Joi ]'3e#Cqeh s+8
v7ZJ VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 prV:Kq ;O 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ~q 0)+' 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) mx y> <O>1Y09C/
a$y=+4L file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ggR@& \ gBA
UrY%] 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ] cdKd ) nlQ<Aa-%
t9685s Pwn"!pk 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 %6}S1fuA -K9bC3H 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 eZ#nZB .H
{
dh#4/Wa, k>I[U}h 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)。 &=oW=g 2 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 S-&[Tp+N uDJi2,|n 应用示例详细内容 $@<qaR{t \ }J"}5O2,b 仿真&结果 UT|FV
twO cLj@+?/ 1. 结果:利用光线追迹分析 =(Y 1y$ 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 gswp:82e2 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 @.T(\Dq^ .]}kOw:(#
?&W1lYY K<'L7>s3lA file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd $R4[TQY).! BQq,,i8H 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 b1Bu5%bt,: 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)。 1:%HE*r 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, RLBjl%Q>
;`Eie2y{M 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。 o-"/1 zLg4 gmkD'CX*A
VDq4n;p1 animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 6UOV,`:m+ 69AgPAv<k 3. 衍射效率的评估 E#?*6/ 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 W& | |