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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) QNY{ p k  
-u{:39y{n  
应用示例简述 (XQG"G%U6W  
;a"Ukh  
1.系统说明 '(}BfDP  
WD:5C3;  
 光源 "]<Ut{Xb  
— 平面波(单色)用作参考光源 F(9T;F  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ]Az >W*Y  
 组件 -|5&3HVz  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 3 0Z;}<)9  
 探测器 h pU7  
— 功率 >8Y >B)  
— 视觉评估  <_~`)t  
 建模/设计 Nbda P{{  
— 光线追迹:初始系统概览 Ue7~rPdlR  
— 几何场追迹+(GFT+): QXCI+Fcg  
 窄带单色仪系统的仿真 Qa=;Elp:[  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 4-MA!&  
%Vq@WF  
2.系统说明 Ty m!7H2  
J7H1<\=cJb  
4{TUoI6ii  
(`&g  
3.系统参数 _z;N|Xe  
9ccEF6o0=  
" 1 Bn/Q  
N.]8qzW  
4s~o   
4.建模/设计结果 &AzA0r&,  
<_5z^@N3$  
Kxq~,g=t  
UU_k"D~  
总结 rv+"=g  
J<2N~$  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 8r5j~Df  
1. 仿真 QL3%L8  
以光线追迹对单色仪核校。 CzgLgh;:T  
2. 研究 +#O?sI#  
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。 : v]< h  
3. 应用 g)zy^ aDf  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 i<l)To-  
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。 MxYCMe4S[  
Ut<_D8Tzx  
应用示例详细内容 $ysC)5q.  
系统参数 c7'Pzb)'  
5i0<BZDTef  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 #8'%CUF*<8  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 a 3H S!/  
n[<Vj1n  
| .PLfc;  
W6Hiqu+  
2. 系统参数 ~ 60J  
PpbW+}aCF  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 QDU^yVa_  
A&z  
V r y#  
'1d-N[  
3. 说明:平面波(参考) E@?jsN7  
# H4dmnV  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 @r#>-p  
2D "mq~ V  
.; :[sv)  
R\iU)QP  
4. 说明:双线钠灯光源 #CM2FN:W  
)J 0'We  
fPst<)  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 X/?3ifP6I  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 EPyFM_k  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 wsM5T B  
vHWw*gg(/E  
gbF.Q7?$u  
C6GYhG]  
5. 说明:抛物反射镜 8G9V8hS1#B  
2Ddrxc>48  
E_FseR6  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 JTx&_Ok#  
 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。 98x(2fCvF(  
) ><{A  
Hq=RtW2  
(d_{+O"  
zc(- dMlK  
c" yf>0  
6. 说明:闪耀光栅 &}rh+z  
HdVGkv/  
*K!V$8k=99  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 MSw/_{  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 e KET8v[  
-8g ;t3z  
1'M< {h<sP  
(G:$/fK  
ceAK;v o  
V"gnG](2l  
7. Czerny-Turner 测量原理 U1B5gjN  
koe&7\ _@  
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。 WnA]gyc  
r%F{1.  
aiea& aJ  
<vOljo  
Aqq%HgY:t  
8. 光栅衍射效率 g {wDI7"<q  
Ot5 $~o  
v@[MX- ,8  
 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。 ?:~ `?  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 [K,&s8N5  
 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) @r'8<6hVO  
!\^c9Pg|v  
zS]Yd9;X1  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ,Epg&)wC]  
t/pHdxX*C7  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 8&B{bS  
BHqJ~2&FDW  
gQh;4v  
Gb\}e}TB[  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 buq3t+0  
pJ1GB  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 $U3s:VQ'  
{^5r5GB=*  
Lr_+) l  
RR*<txdN  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 *[k7KG2_U  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 qbpvTTF  
"3W!p+W  
应用示例详细内容 e%o6s+"  
P*Uu)mG)G  
仿真&结果 0 ; M+8  
' w!o!_T6  
1. 结果:利用光线追迹分析 Fn yA;,*  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 K>"M# T  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 6(VCQ{  
B/&axm%0  
N_UZu  
A{Jv`K  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ma?$@ ]`k  
/m(vIl  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 eZk [6H  
 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)。 W1iKn  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, v_En9~e^n  
Y6,< j|  
 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。 `b+f^6SJn  
;a[56W  
8J7 xs6@  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms P BpjE}[Q  
o'?Y0Wt  
3. 衍射效率的评估 -H#{[M8xX  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 [}N?'foLb  
|JtdCP{  
:OUNZDL  
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。 ,g;~:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd p9y "0A|  
IF(W[J  
4. 结果:衍射级次的重叠 0bVtku K;G  
 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。 r*OSEzGUz  
 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)。 |.0/~Xy-  
 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。 k^:$ETW2 D  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) ~6Vs>E4G  
 光栅方程: ?sfA/9"  
Eo!1 WRruF  
x~?,Wv|cm  
|[)t4A"}  
cO.U*UTmX  
5. 结果:光谱分辨率  S`)KC-  
O$V 6QJ  
tz4MT_f  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ;oH17  
@TdPeTw\  
6. 结果:分辨钠的双波段 l`UJHX  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ><mZOTn e;  
   a]>gDDF  
5hUYxF20h8  
U}x2,`PI  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 Ia=wf"JS)  
0m(/hK  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run {OL*E0  
f<= #WV  
7. 总结 EW%%W6O6  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 `(vgBz`e[  
1. 仿真 Qx1ZxJz #  
以光线追迹对单色仪核校。 W/<]mm~95  
2. 研究  Jx9S@L`  
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。 ^/47 *vcN5  
3. 应用 vvU;55-  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 )l[<3< @s  
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。 3ZGU?Z;R  
扩展阅读 2`Ub;Nn29  
1. 扩展阅读  oJ ~ZzW  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 E{[c8l2B  
zW,m3~XX:  
 开始视频 v`A^6)U#M  
- 光路图介绍 G"T)+! 6t  
- 参数运行介绍 UO47XAO  
- 参数优化介绍 UTGR{>=>  
 其他测量系统示例: s3HwBA  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) G(~d1%(  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) %6j|/|#]  
odMjxWY  
?7 e|gpQ|  
QQ:2987619807 .Qg!_C  
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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