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infotek 2021-11-16 09:06

Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真

测量系统(MSY.0003 v1.1) NQD b;5:  
95&HsgdxJ  
应用示例简述 7 #N @B  
?H?r!MZ%  
1.系统说明 ;0E 4S  
aQ. \!&U  
 光源 JN!YRcj  
— 平面波(单色)用作参考光源 bcNYoZ8`  
— 钠灯(具有钠的双重特性) Q0-~&e_'  
 组件 N h%8;  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 v0sX'>f  
 探测器 yhmW-#+^e  
— 功率 * PPFk.#x  
— 视觉评估 f*Bc`+G  
 建模/设计 #>'0C6Xn  
— 光线追迹:初始系统概览 *UC^&5:  
— 几何场追迹+(GFT+): E{J;-+t  
 窄带单色仪系统的仿真 UHWun I S  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ~Ua0pS?  
P/ 5r(l5  
2.系统说明 ?1sY S  
3t'K@W?AJh  
G39t'^ZK*#  
i%2K%5{)$D  
3.系统参数 .v{ty  
XJ+sm^`vOf  
^M"g5+ q  
zZ63 P  
KtE`L4tW6  
4.建模/设计结果 *:(t.iL  
3L|k3 `I4  
hSmM OS{  
4Ki'r&L\  
总结 A@+.[[  
.:}\Z27-c  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 #<{MtK_  
1. 仿真 k?,g:[4!  
以光线追迹对单色仪核校。 e_SlM=_ u  
2. 研究 w&H7S{  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ~n?U{ RmH  
3. 应用 u CXd% CzE  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 tH(Z9\L7  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 iVRz  
\c)XN<HH  
应用示例详细内容 %?seX+ne  
系统参数 |Cm}%sgR\0  
+;T%7j"wz  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 O1A*-G:X  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 Oqyh{q%]  
_B2t|uQ  
8}&cE#@  
Kmtr.]Nj  
2. 系统参数 Dqki}k~{  
0)Z7U$  
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。 Z6I!4K  
:}lE@Y,R   
8cHZBM7'  
^,3 >}PU  
3. 说明:平面波(参考) +=O:z *O  
KvgZx(.  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ^U1;5+2G+~  
 EpiagCS  
U[ed#9l>  
xucV$[f  
4. 说明:双线钠灯光源 #Xc~3rg9  
wFe</U-';  
m$kmoY/  
 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。 +CACs7tV  
 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)。 975KRnj  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 8/=2N  
eK`tFs,u  
*ULXJZ%  
',.Xn`c  
5. 说明:抛物反射镜 #(7OvW+y  
2iUF%>  
|1neCP@ng  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 hX^XtIC=  
 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。 up`6IWlLE  
OSBE5  
NIgt"o[I  
N7NK1<vw2  
:%0Z  
|i|O9^*%  
6. 说明:闪耀光栅 !({[^[!  
, vR4x:W  
g3y44G CV  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ]UNmhF!W>u  
 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 [P<oyd@#  
)t|M)zJ  
A;% fAI2Vr  
,Rf<6/A  
uQ{M<%K  
dfNNCPu]+  
7. Czerny-Turner 测量原理 1PWDK1GI8  
wy7f7zIa  
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。 >BiJ/[9  
>OQ<wO6  
\E n^Vf  
/m%;wH|6%  
ZN. #g_  
8. 光栅衍射效率 1vX97n<}  
M]oaWQu  
0Rj_l:d=  
 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。 rK"x92P0  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 &L_(yJ~-  
 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) ?8`b  
fi1tF/ `  
SlmgFk!r!  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd |TkO'QN  
;XANIT V  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 gx3arVa  
h]I ^%7  
hivWQ$6%  
U1I2+;"#A  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 "I u3&mc  
H>2)R 7h  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 f`T#=6C4|  
mkgDg y  
BjSLbw-C  
2WqjNqx)6  
 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)。 >Ka}v:E  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 c1c8):o+V  
$)6y:t"  
应用示例详细内容 l1nrJm8  
N_wB  
仿真&结果 Ww:,O48%  
/alJN`g  
1. 结果:利用光线追迹分析 CnN PziB  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 n{aD4&  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 kyMWO*>|  
p4[cPt~C  
Zh,(/-XN;  
lx(kbSxF  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ("?V|  
(/JiOg^cw  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 :A"GO c,  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 'Y `or14E  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 4YMX;W  
G?*)0`~W  
 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 o-c.D=~  
e-Mei7{%  
q-}q rg  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms z&Cz!HrS  
vL}e1V:  
3. 衍射效率的评估 h8'`g 0  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。  b"iPuN!p  
Mh3Tfp  
GKIO@!@[  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 q8#zv_>K  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 4d-f 6iiFV  
@Jr:+|v3B  
4. 结果:衍射级次的重叠 '*lVVeSiFw  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 v[57LB  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 @L0xU??"|  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 UU'0WIbY6  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) db#svj*  
 光栅方程: d;@"Naw  
4j_\_:$w<  
mBN+c9n/  
-aPRL HR  
i24t$7q  
5. 结果:光谱分辨率 x,L<{A`z  
;8m)a  
[]OmztB  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ?sD4S   
/xq^]0xy  
6. 结果:分辨钠的双波段 Sq:,6bcG  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 5Q7Z$A1a 9  
   +adwEYRrr  
Nux  
V$0mcwH  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 [8jIu&tJf  
=hY9lxW  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 6({TG&`!]  
1 K(0tG:5  
7. 总结 /:B2-4>Q!  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ghU~H4[xD  
1. 仿真 r:3h 2J[_  
以光线追迹对单色仪核校。 L0.F }~S  
2. 研究 m941 Y  
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。 Y]VLouzl  
3. 应用 g~p43sVV  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 iVT)V>Up  
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。 cS#yfN,  
扩展阅读 %\^VxM  
1. 扩展阅读 q?y-s  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Uz =OTM  
Q2qT[aD,  
 开始视频 ;vG%[f`K  
- 光路图介绍 WeZ?L|&%w0  
- 参数运行介绍 .fAHP 5-  
- 参数优化介绍 <P~pn!F}  
 其他测量系统示例: fU<_bg  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) C <Pd_&  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) y**YFQ*sc  
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