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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) &^ERaPynd  
8i6iynR  
应用示例简述 i?_Q@uA~<:  
>D=X Tgqqq  
1.系统说明 +9HU&gQ3  
L' y0$  
 光源 c:${qY:!  
— 平面波(单色)用作参考光源 (0`rfYv5.R  
— 钠灯(具有钠的双重特性) thPAD+u.3  
 组件 ^ iu)vED  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 I85wP}c(  
 探测器 -t_&H\_T  
— 功率 #mH28UT  
— 视觉评估 8h ol4'B  
 建模/设计 3@F U-k,i  
— 光线追迹:初始系统概览 GUQ3XF\  
— 几何场追迹+(GFT+): 0Y`+L6&UX  
 窄带单色仪系统的仿真 ,$]m1|t@z  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Va[&~lA)  
}r04*P(  
2.系统说明 X'd\b}Bm  
n_sV>$f-u  
",YNphjAn  
Vb 36R _u  
3.系统参数 , wk}[MF  
kU:Q&[/jzH  
1sUgjyGQ  
Ps! \k%FUl  
j\#)'>"  
4.建模/设计结果 .==c~>N  
Lh+7z>1  
HmXxM:[4;  
J;fbE8x  
总结 =>*}qen  
k8Dk;N  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 *o=Z~U9z  
1. 仿真 Sn97DCdk  
以光线追迹对单色仪核校。 l2#~   
2. 研究 Mf5kknYuL9  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 gC6Gm':c  
3. 应用 N]BH67<  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 c7rC!v  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 B"7~[,he  
5G<`c  
应用示例详细内容 n~,6!S  
系统参数 BAqwYWdS  
B \V ;{:  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 |r*y63\T  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 GWx?RIKF  
1\jj3Y'i'  
5=s|uuw/  
Nj;(QhYZ  
2. 系统参数 tjZS:@3 Z  
G$`hPNSh  
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。 2%l(qf N9  
s_u! RrC  
_=w=!U&W  
'mU\X!- 4<  
3. 说明:平面波(参考) RZvRV?<bR  
ylmVmHmc  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 S{cK~sZj  
+SFo2Wdr43  
<SRSJJR|(  
WAr6Dv,8  
4. 说明:双线钠灯光源 <t*3w  
s 4 Uk5<  
:2L-Nf  
 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。 ?f6Fj  
 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)。 g C@=]Y  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 &>@EfW](  
q_6 <}2m,U  
!O,`Z`T?  
9@(V!G  
5. 说明:抛物反射镜 }e1]Ib!  
( Q k*B  
Nrp1`qY  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 X{5(i3?S  
 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。 a '<B0'  
%tz foiJ%P  
m!<uY?,hf  
Daf;; w  
CwzDkr&QC_  
5DeAH ;  
6. 说明:闪耀光栅 "CQ:<$|$  
LwCf}4u"  
W GMEZx  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 sU?%"q  
 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 7OZjLD{ID  
6c#1Do(W+  
Pu]Pp`SP  
H|!|fo-Tx  
lGN{1djT  
`oH6'+fT`;  
7. Czerny-Turner 测量原理 , rc %#eF  
ON3~!Q)  
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。 ,dk!hm u  
.{#J2}+[_}  
&qFy$`"  
Oc?]L&ap  
^&8xfI6?  
8. 光栅衍射效率 QK/~lN  
h-:te9p6>4  
w>gB&59r  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 LZ*ZXFIg  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ER$qL"H U  
 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) |"EQyV  
6<C|O-  
9r hl2E  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd KdtQJ:_`k  
t=(CCq_N,  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 NXDuO_#  
3,-xk!W$L  
io(Rb\#"  
g flu!C6  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 UgZuEfEGve  
<%]i7&8|  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 G$$y\e$  
YeCS`IXm  
vTU*6)  
<2>Qr(bb  
 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)。 7gcJ.,Z.  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 r5g:#mF"  
`Kq4z62V  
应用示例详细内容 IX) \z  
KI{B<S3*Z  
仿真&结果 uMe]].04  
aaM76;  
1. 结果:利用光线追迹分析 P<A_7Ho  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 /V@9!  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 V t@]  
S 7 *LV;  
},LO]N|  
HTU?hbG(  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd +Q+>{HK  
wz=c#}0dB  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 ~*Kk+w9H<  
 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)。 i917d@r(<  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 1iTI8h&[@  
%qqX-SF0C  
 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。 _)? 59  
,4tuWO)"  
>Kjl>bq  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms =9AX\2w*H;  
~dc~<hK  
3. 衍射效率的评估 J-wF2*0r<  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 )UgLs|G~  
?(d<n   
AeN$AqQd/  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 [uD G;We=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Ri mz~}+  
dF<GuS;l5  
4. 结果:衍射级次的重叠 i~0x/wSl_  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 \hr2#!  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 # %$U-ti  
 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。 EAPjQA-B?  
 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) $"[5]{'J  
 光栅方程: `!A<XiAOmM  
lrL:v~g  
@n Oj6b  
Ufr,6IX  
U8gf_R'  
5. 结果:光谱分辨率 r#X6jU  
P/XCaj3a[  
}a?(}{z-  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run +9!=pRq  
N0_@=uE  
6. 结果:分辨钠的双波段 y8arFG  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 |%l&H/  
   "F+m}GJ=a  
d,d ohi  
2M o oqJp  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 Qf#=Y j  
'YTSakNJ}  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run k ^(RSu<  
`+0K~k|DC  
7. 总结 1@S(v L3a  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 tEFbL~n  
1. 仿真 /fDXO;tN  
以光线追迹对单色仪核校。 ;5PBZ<w  
2. 研究 0 F-db  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 A$o7<Hx  
3. 应用 fDD^?/^  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 &cHA xker  
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。 i_<GSUTTr/  
扩展阅读 o<8SiVC2  
1. 扩展阅读 eRm 9LOp  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 cfhiZ~."T  
&\>.j|  
 开始视频 e` {F7rd:  
- 光路图介绍 -4!S?rHwd+  
- 参数运行介绍 $WICyI{$  
- 参数优化介绍 ]7DS>%m Y(  
 其他测量系统示例: tx_h1[qi  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) T6M=BkcP  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Or<OmxJg  
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