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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) ( GoPXh .L]5,#2([ 应用示例简述 9}Ge@a<j !!w(`kmn1 1.系统说明 4;eD}g 5fYWuc9}z 光源 q- 0q: — 平面波(单色)用作参考光源 =K}T; c — 钠灯(具有钠的双重特性) B]6Lbp"oo 组件 ,t:P — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 T8Q_JQ 探测器 )d2:r 07a — 功率 %s^1 de — 视觉评估 bbDm6, 建模/设计 oK$Krrs0& — 光线追迹:初始系统概览 -Q&@P3x — 几何场追迹+(GFT+): 5?([jAOf 窄带单色仪系统的仿真 :"H?phk 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 dDD5OnWmJ `(=?k[48 2.系统说明 PN:`SWP b#R$P]dr=
(U
4n} J c;06>1=wP5 3.系统参数 xq=!1> E'5KJn;_7
lP*=4Jh o>bi~(H 96J]g*o(uU 4.建模/设计结果 c\&;Xr iHK.hs;
*c&OAL] z(
}w| 总结 R. Fl5B 1i_%1Oip 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 %Lb
cwh(9 1. 仿真 B([-GpZt[ 以光线追迹对单色仪核校。 5`g VziS!S 2. 研究 ;[[6[i 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。 U^% )BI 3. 应用 "*N#-=MJF 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 _ qwf3Q@ 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。 1~3dX[& >VQLC&u( 应用示例详细内容 DT)][V^w 系统参数 "@/pQoLy =&qH%S6 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 '
i<4;=M& 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。 Vsw:&$ kE8s])Z,+
:N"&o(^ );6f8H@G 2. 系统参数 !.q9:|oc yXv@yn 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。 Y4swMN8Bq )pT5"{
WBkx!{\z #7}M\\$M 3. 说明:平面波(参考) t u{~:Z(
bZ OCj1 采用单色平面光源用于计算和测试。 Kg2Du'WQ^ 47Bg[
F4WX$;1 9y;}B
y 4. 说明:双线钠灯光源 VBF:MAA fjl9* XMT@<'fI 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 ^Jq('@ 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 @xa$two 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 b=pk;'- R){O]<+
c$L1aZo Ql l{;A 5. 说明:抛物反射镜 F ]Zg >A6W^J|[ ztX$kX:_m 利用抛物面反射镜以避免球差。 |9IOZ>H9 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。 ?eX/vqk i20y\V
os?
C4.GtY8,d 2;s[ m3
OY:rcGc`t q/ 54=8*h0 6. 说明:闪耀光栅 (l-=/6- TNA7(<"fV| |pWu|M _' 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 oVn&L*H 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 ) 5$?e oQu>Qr{Zp
GN!
R<9 5V =mj+X?
RtHai[j NW`.7'aWT 7. Czerny-Turner 测量原理 h4|}BGO g0U?`;n$ 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。 R#;xBBt8 FjtS
bEQ- ?X%7 JJ_Z{ w?|qKO 8. 光栅衍射效率 0!0e$!8l jI*@&3 )?(Ux1:w) VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 )lS04|s 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 &,jUaC5I 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) OQKg/1 5=|h~/.k
l/zv > file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd >Jx=k"Kv+ 6LGl]jHf 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 \OFmd!Cz W4 d32+V
%,02i@Fc w->Y92q] 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 9S}rTZkEq #\Rxqh7 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 md'wre3 ,iP
YsW]5
tNzO1BK ui#nN 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 .qZz'Eq[ 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 8&"Jlz
| d!R+-Fp 应用示例详细内容 g*YA~J@ # M/n\em"X 仿真&结果 7:uz{xPK6 E\s1p:% 1. 结果:利用光线追迹分析 U{oM*[ 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ]7W!f 2@ 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 _%D7D~2r| sZ&|omN
V^[&4 l_:P| file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd bRm;d_9zC r.#r!.6 q 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 <Y}m/-sD5 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 z!bT^_Cc0 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, *|\bS "
16 `M=R 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 7JQ4*RM b,~pwbHf
MT>(d*0s animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms g&2g>] T&pCLvkz 3. 衍射效率的评估 }O@>:?U 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 4uoZw3O ~//9Nz~;3
oOI0q_bf 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Y"8@\73(R file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd :K2
X~Ty Z!|r> 4. 结果:衍射级次的重叠 )$E){(Aa 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。 gF)-Ci 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)。 Kj
@<$ChZw 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 `Ze$Bd\ 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) G2I%^.s 光栅方程: E<3xv;v8r |Vz)!M
7MrHu2rZ= EEZ~Bs}d r7R'beiH 5. 结果:光谱分辨率 4_QfM}Fyp dE,E,tv
/FXvrH( file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ]aF; 1DcBF@3sWG 6. 结果:分辨钠的双波段 m"Mj3Z: 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Posz|u<x zx\-He
7SJ=2 AA,/AKikd 设置的光谱仪可以分辨双波长。 WIi,`/K+ tP! %(+V file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run R~a9}& [nV BnB 7. 总结 TX$dxHSPK 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 )m
=xf1 1. 仿真 4pT^* 以光线追迹对单色仪核校。 I(R%j]LX& 2. 研究 (,o@/ -o 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 LBD],Ba! 3. 应用 hE=xS:6 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Q+Q"J U 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Rjq\$aY}% 扩展阅读 zL+t&P[\ 1. 扩展阅读 'q:7PkN!p 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 n!Y_SPg
+zch e 开始视频 J'ce?_\?PY - 光路图介绍 ].J;8} - 参数运行介绍 Gu$J;bXVj - 参数优化介绍 tc`3-goX 其他测量系统示例: Dmi.@. - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Zx{ Sxv" - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) HM)D/CO,?
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