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2023-04-11 08:39 |
Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真
测量系统(MSY.0003 v1.1) l
_%<U i%[ gNh 应用示例简述 B}[f]8jrM ?&;_>0P 1.系统说明 } 6!/Nb
*Z^`H!& 光源 rR :ZTfJs" — 平面波(单色)用作参考光源 ]"b:IWPeI — 钠灯(具有钠的双重特性) {0w2K82 组件 NXFi* — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 DqT<bNR1*; 探测器 *U,JQ — 功率 IycZ\^5 *- — 视觉评估 ;b*qunJ3L 建模/设计 tp}/>gU! — 光线追迹:初始系统概览 x<M::")5!V — 几何场追迹+(GFT+): vRe X7 窄带单色仪系统的仿真 4pf@.ra, 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 j
:B/ FL ofV0L 2.系统说明 YB7n}r23 8
E\zjT!#\
9Z!n!o7D Or.u*!od& 3.系统参数 OU/}cu $
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A~PR 0 (wu d/
^IL*O 4.建模/设计结果 &{.IUg i,r:R
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3?a`@C&x zplv.cf#q 总结 F-wAQ: 88v8lt;R 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 k3qQU) 1. 仿真 h8asj0 以光线追迹对单色仪核校。 ZI!: 2. 研究 4T(d9y 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。 ih".y3 3. 应用 @!fUp
b 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 bpwA|H%{M 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。 K 77iv \)No?fB 应用示例详细内容 `^SRg_rH=` 系统参数 l; _IH|A ~^' ,4<K-} 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 8xO 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。 ;yomaAr 6]b"n'G
d j\Z}[ VQHB}Y@^ 2. 系统参数 hU""YP~y \t7yH]:>@ 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。 qX-ptsQ X?'cl]1?
A+RW=|: =4eJ@EVM 3. 说明:平面波(参考) 7x6M]1F 6i[Ts0H%<! 采用单色平面光源用于计算和测试。 !{.CGpS ] Dm)B? H"
- j3Lgm 6/8K2_UeoW 4. 说明:双线钠灯光源 ":udo VS! pr#%VM[':R '|SO7}`;Q 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。 R|C` 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)。 FYYc+6n 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 le'RU1k >8(i;)(3
F<I*?${[ %v8& 5. 说明:抛物反射镜 7{F\b K'ZNIRr/C T/'z,,Y 利用抛物面反射镜以避免球差。 Qfm$q~`D^W 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。
1c0'i z^QrIl/<c2
Da(k>vR@4 z{L'7
"#O9ij .#QE*<T)] 6. 说明:闪耀光栅 t<Acq07 g{]6*`/Z S $p>sItO 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 #BLHHK/[ 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 ;_bRq:!j; $ZI]
G]ek-[- l}uZxKuYx
>.Gmu "'z}oS 7. Czerny-Turner 测量原理 z{W Cw wG,"X'1 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 ' 4FH9J nc;eNB
`"=>lu2H m%[e_eS w.x&3aG 8. 光栅衍射效率 "A}sD7xy9 O-V|= t
bh.&vp.kP VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 bSsg` 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 \t!~s^ Oox 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) XjN4EDi+E v])ew|
v?VDASR2` file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd N\PdX$ t%Jk3W/f 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 qYA~Os1e FLW VI4*
9`*ST(0/ @U_CnhPQq 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 I<#X#_YP CV
@P
+ 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 712nD ?> @[g7\d
p]mN)
Ey:68yU 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)。 >%tG[jb 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 VM%g QOo< BH0m[9nU; 应用示例详细内容 -P}A26qB , -Hj 仿真&结果 `6~0W5 @5^&&4>N 1. 结果:利用光线追迹分析 >:-e 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 D./{f8 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 u+j\PWOtm qnp}#BZ
Z<;W*6J "J"=<_? file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 1b%Oi.; )k Wxp 2. 结果:通过虚拟屏的扫描
WwB_L.{ 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)。 m#'eDO: 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 5mZ2CDV
o-=|}u]mz 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。 %&6QUv^ GTR*3,rw
|*c1S
-# animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms @/s|<* ,'0#q 3. 衍射效率的评估 #+ch 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 67(s\ wY<s
'V?FeWp 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。 M=raKb?F file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd WAxNQfEe ZPH_s^ 4. 结果:衍射级次的重叠 !`e`4y*N 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。 @%,~5{Ir 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)。 K;6#v% 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。 $BdwKk
!k 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) D\THe-Vtr 光栅方程: 8_}t,BC RvAgv[8
,1{qZ(l1 A1prYD f- XUto 5. 结果:光谱分辨率 1O`V_d) r,JQR)l0@V
:xr^E] file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run x[58C + Ye3o}G9z 6. 结果:分辨钠的双波段 U\P4ts 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 :XhF:c[.: +g
g_C'"
4z(~)#'^ 1\fx57a\ 设置的光谱仪可以分辨双波长。 n}UJ-\$ c
K\
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run f5*qlQJFz\ x:Q\pZ 7. 总结 0;l~B 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 |J!mM<*K 1. 仿真 $0 .6No_| 以光线追迹对单色仪核校。 Da 7(jA+ 2. 研究 ]R""L<K%HF 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。 )pl5nu#< 3. 应用 cjN)3L{ 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 /O:4u_ 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。 %nkP" Z# 扩展阅读 (e'8>Pv 1. 扩展阅读 LG:k}z/T 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 %Lh%bqGz :"Xnu%1 开始视频 |p/*OFC6 - 光路图介绍 )l`Ks - 参数运行介绍 Md~SzrU - 参数优化介绍 =x-7 Wy 其他测量系统示例: [p6:uNo - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) <KX9>e - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Zy+ERaF|]
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