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infotek 2023-04-11 08:39

Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真

测量系统(MSY.0003 v1.1) eLC}h %  
T^'NC8v  
应用示例简述 |/LCwq%  
6uWzv~!*D  
1.系统说明 w783e  
JUBihw4  
 光源 aBL+i-  
— 平面波(单色)用作参考光源 mG;Gt=4  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ;Kb]v\C:  
 组件 TM_ MJp  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 GUUVE@Z  
 探测器 M+Rxt.~6  
— 功率 %) -5'l<  
— 视觉评估 t%jB[w&,os  
 建模/设计 6wV{}K^0  
— 光线追迹:初始系统概览 tg%U 2+.q  
— 几何场追迹+(GFT+): P(N$U^pj  
 窄带单色仪系统的仿真 i7^_y3dG  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ep]tio_  
xv! QO  
2.系统说明 xHN"7j}h  
K%TlBK V  
UMe@[E=  
((Bu Bu>  
3.系统参数 Z$h39hm?c  
 lZ^UAFF  
(C;oot,  
u#tLY/KA  
'IrwlS  
4.建模/设计结果 4qw&G  
,$ICv+7]  
-QaS/WO_  
2+G_Y>  
总结 nU Oy-c  
r{m"E^K,  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 E|f&SEnzK  
1. 仿真 ^FLuhLS\*  
以光线追迹对单色仪核校。 Q^q G=  
2. 研究 >j]*=&,7  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ,"/<N*vh  
3. 应用 GnbXS>  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Q!DQ!;Br6  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 !/0XoIf"  
xe)< )y  
应用示例详细内容 c9e  }P  
系统参数 r>lC(x\B  
A/NwM1z[o)  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 D_E^%Ea&`  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 MI[=,0`D  
~g2ColFhu  
5utMZ>%w_#  
>mI-h  
2. 系统参数 \IQP` JR  
cm]D"GFLY  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 '{EBK  
["N>Po  
gM|X":j  
x9PEYhL?  
3. 说明:平面波(参考) Z iDmx-X  
o?P(Fuf  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 &libC>a[  
/Ny/%[cu  
zqAK|jbL  
~..h=  
4. 说明:双线钠灯光源 9s)YPlDz  
d87pQ3e:&  
hIa@JEIt  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 9;;1 "^4/  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 *>.~f<V  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 n15c1=gs  
& Qghm o  
ee&QZVL>  
Y VTY{>Q  
5. 说明:抛物反射镜 r2QC$V:0  
"z^Ysvw&~  
d; @Kz^  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 =1n>vUW+J  
 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。 eU7RO  
u7`<m.\  
?"AcK" v  
D8W:mAGEu  
yB}y'5  
3uRnbO-  
6. 说明:闪耀光栅 451C2 %y  
fE)+9!  
Yl1@ gw7  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 {NE;z<,*:  
 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 l) VMF44  
]5td,2E C  
sr#, S(p  
wSIt"g,%  
aI|)m8 >)X  
wlKpHd*  
7. Czerny-Turner 测量原理 w _eu@R:u@  
#f/-iu=L  
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。 oG@P M+{  
6?}8z q[  
IG +nrTY0  
WP^%[?S2  
$.kIB+K  
8. 光栅衍射效率 S%&l(=0X  
:'GTCo$3  
uK(+WA  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 pfAp2"  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 Jc9SHCJ  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) 7F?^gMi  
+}4vdi"  
-lSm:O@'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd w/G5I )G  
aDza"Ln  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 e%'9oAz  
AH=6xtS-  
~n"V0!:'4  
s3kh (N  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 @292;qi  
5+%BZ  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 L1)?5D  
G=Ka{J  
GUat~[lUrj  
, {z$M  
 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)。 >47,Hq:2  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 NX)7g}S  
9M01}  
应用示例详细内容 Gq-U}r  
9lTA/-  
仿真&结果 ~sSB.g  
5W<BEcV\  
1. 结果:利用光线追迹分析 e4CG=K3s  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 o'Tqqrr  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 nsgNIE{>gO  
, st4K;-  
vgE5(fJh  
-JwH^*Ad  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd B)^]V<l(w  
V i#(x9.  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 2?-}(F;Z  
 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)。 R4V>_\D/  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, $ HUCp9  
Ii|<:BW  
 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。 5@ ZD'  
7^Onq0ym T  
$g|g}>Sc  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms lBh {8a|2W  
RI*Q-n{  
3. 衍射效率的评估 Ld`~^<B  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 TvdmgVNP  
@RaMO#  
?+Qbr$]  
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。 aUA+%  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd AH#e>kU^  
OH=Ffy F,  
4. 结果:衍射级次的重叠 F1Z20)8K  
 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。 ^u Z%d  
 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)。 S%%>&^5  
 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。 f4w|  
 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) TD3R/NP  
 光栅方程: 'Y"q=@Ei9  
 'Z&A5\~  
g?@(+\W  
QCtG #/  
3{$c b"5  
5. 结果:光谱分辨率 $rjv4e}7  
u8[X\f  
DDkO g]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run : wn![<`3q  
g" M1HxlV  
6. 结果:分辨钠的双波段 vk#xCggK  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 +p43d:[  
   9CL&tpqv f  
zSq+#O1#  
%|,j'V$  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 &'|bZms g  
2+?M(=4  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run $!fz87-p>  
m$O@+;>l  
7. 总结 74Kl!A  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 w93yhV?  
1. 仿真 6SidH_&C  
以光线追迹对单色仪核校。 2&Efqy8}DZ  
2. 研究 lv8tS-  
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。 v4S|&m  
3. 应用 >eU;lru2Q  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 o\2#}eie  
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。 7tt&/k?Q  
扩展阅读 h<uRlTk  
1. 扩展阅读 S*\`LBl"nX  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 12rr:(#%s  
3[Z?`X  
 开始视频 L:%h]-  
- 光路图介绍 mirMDJsl%  
- 参数运行介绍 R a 9/L  
- 参数优化介绍 KD#ip3  
 其他测量系统示例: _e?(Gs0BM  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) g4~{#P^i  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) &Wn!W  
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