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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 ;0E4S aQ.
\!&U 光源 JN!YRcj — 平面波(单色)用作参考光源 bc NYoZ8`
— 钠灯(具有钠的双重特性) Q0-~&e_' 组件 Nh%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 UHWunI 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{)$D 3.系统参数 .v{ty XJ+sm^`vOf
^M"g5+q zZ63
P KtE`L4tW6 4.建模/设计结果 *:(t.iL 3L|k3 `I4
hSmM OS{ 4Ki'r&L\ 总结 A@ +.[[ .:}\Z27-c 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 #<{MtK_ 1. 仿真 k?,g:[4! 以光线追迹对单色仪核校。 e_SlM=_u 2. 研究 w&H7S{ 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ~n?U{
RmH 3. 应用 u CXd%
CzE 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 tH(Z9\L 7 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 iVRz \c)XN<HH 应用示例详细内容 %?seX+ne 系统参数 |Cm}%sgR\0 +;T%7j"wz 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 O1A*-G:X Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 Oqyh{q%] _B2t|uQ
8}&cE#@ Kmtr.]Nj 2. 系统参数 Dqki}k~{ 0)Z7U$ 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 K vgZx(. 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 !({[^[! , v R4x:W g3y44GCV 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)z J
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。 >B iJ/[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 ;XANITV 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)R7h 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 $)6y:t" 应用示例详细内容 l1nrJm8 N_wB 仿真&结果 Ww:,O48% /alJN`g 1. 结果:利用光线追迹分析 CnN PziB 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 n{aD4& 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 kyMWO*>| p4[cPt ~C
Zh,(/-XN; lx(kbSxF file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ("?V| (/JiOg^cw 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 :A"GOc, 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 'Y`or14E 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 4YMX;W
G?*)0`~W 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 o-c.D=~ e-Mei7{%
q-}qrg animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms z&Cz!HrS vL}e1V: 3. 衍射效率的评估 h8'`g 0 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 b"iPuN!p
Mh3Tfp
GKIO@!@[ 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 q8#zv_>K file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 4d-f6iiFV @Jr:+|v3B 4. 结果:衍射级次的重叠 '*lVVeSiFw 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 v[57LB VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 @L0xU??"| 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 UU'0WIbY6 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) db#svj* 光栅方程: d;@"Naw 4j_\_:$w<
mBN+c9n/ -aPRLHR i24t$7q 5. 结果:光谱分辨率 x,L<{A`z ;8m) a
[]OmztB file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ?sD4S /x q^]0xy 6. 结果:分辨钠的双波段 Sq:,6bcG 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 5Q7Z$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[x D 1. 仿真 r:3h2J[_ 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>U 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。 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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