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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) fJe5
i6`( _,I~1" 应用示例简述 B[2t.d;h 5glEV`.je 1.系统说明 a.ijc>K G;USVF-'K 光源 vG=Pi'4XXo — 平面波(单色)用作参考光源 )Lk2tvr — 钠灯(具有钠的双重特性) ,mz7!c9H^a 组件 1`l(H4 — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 `>RM:!m6=$ 探测器 ]/AU_& — 功率 9Vt6);cA-] — 视觉评估 JIc9csr:b 建模/设计 yA7O<p+ — 光线追迹:初始系统概览 "chf\-!$ — 几何场追迹+(GFT+): Lmw)Ts> 窄带单色仪系统的仿真 V9%9nR!' 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 $"#M:V@ KvI/!hl\ 2.系统说明 S(rnVsW%Ki ~4c,'k@
C;9P6^Oz 9<"F3F0| 3.系统参数 U@(8)[?nxn c)q=il7ef
8
-w|~y'; jP<6Q|5F ;2^zkmDM 4.建模/设计结果 u!fZ>kS dN){w _
E^~ {thf /Wdrpv-%,1 总结 h645;sb0 ol`q7i. 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 .I>CL4_ 1. 仿真 !L_xcov!Y 以光线追迹对单色仪核校。 #}8VUbJ 2. 研究 YYvX@f 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。 |@?='E?h 3. 应用 TQvjU!> 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 $0]5b{i] 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。 8zwH^q[`r jASK!3pY 应用示例详细内容 e`5:46k| 系统参数
P# ;pQC J>nta?/,X 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 7mb5z/N 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。 sr~VvciIy 9mpQusM
_sHeB7K c|4_nT
2 2. 系统参数 $A(3-n5= l
5f'R 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 .0|_J|{ kC'm |Y@T
~fO#En
Af^9WJ 3. 说明:平面波(参考) =
@FT$GQ 0+A#k7c6p 采用单色平面光源用于计算和测试。 /4+*!X vTp,j-^
9Lqz:4} W5&KmA 4. 说明:双线钠灯光源 x+1-^XvK ^SwU]e ?X7nM) 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。 ZjnWbnW 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)。 V.o*`V 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 ^;Yjs.bI`F *mN8Qd
4&~*;an7 86o'3G9@ 5. 说明:抛物反射镜 +H!aE} rE\&FVx dBW4%Zh 利用抛物面反射镜以避免球差。 *#'&a(hB! 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。 C Y)[{r Ej`G(
L-e6^%eU X`I=Z ysB
HA0yX?f] BU^E68?G 6. 说明:闪耀光栅 !,*Uvs@b B{1yMJA a$Ghb] 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ay28%[Q b4 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 1w>G8 -}Rh+n`
qPCI@5n3T? ITjg]taD
,9.NMFn <|:$_&( 7. Czerny-Turner 测量原理 VO*fC mpl^LF[ 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。 6 x8lnXtA (HeIO
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i;Ok ]T>YYz
?:RWHe.P 8. 光栅衍射效率 v/3Vsd +#g4Crb 0-U%R)Q 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。 Zor Q2> 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ?&.Eg^a" 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) 46c0;E\9 8;Df/%
HOVzpj file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd SJ:Wr{ Or3 rf$eg 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 vLM-v "=9)|{=m
b"~Ct}6f BctU`. 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 ?yvjX90 =,LhMy 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 "J3n_3+ [2zS@p
Bj\ oo+L/ Hp3T2|uL 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 %XZdz=B 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 .BZ3>]F3< OlYCw.Zu 应用示例详细内容 ,wk %)^ `~ R%}ID 仿真&结果 BoPJ;6?>} <(2,@_~@r 1. 结果:利用光线追迹分析 +~M`rR* 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Jgf=yri 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 j;i7.B"[ V?Ye^-29
q,_ 1?A) 3 e<sNU? file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd OW8"7*irT pkEqd"G 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 gA:N>w&<X 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 %!Ak]|[7 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, E3o J;E
ik|iAWy 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 n$(_(& 4krK CD>|G
KdkZ-. animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms npdpKd+*K" 1$~W~O 3. 衍射效率的评估 -<WQ>mrB& 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 l+i9)Fc<i /YH5s=
0p'=Vel{} 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 F;_L/8Ov1 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 0=Z_5.T> I:%O`F 4. 结果:衍射级次的重叠 E;^~} 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 2x&mJ}o#k VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ,Q8)r0 c 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 or1D
6*' 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) c_^-`7g 光栅方程: fo30f=^Gi ]
6rr;S
q!+m,
!M H{3A6fb< SB'$?Kh 5. 结果:光谱分辨率 +gQoYlso Jd>"g9
<UcbBcW, file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run bC@9
*/i @SV.F 6. 结果:分辨钠的双波段 8P'zQ:#RV 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ^}4=pkJ;s _PeBV<
5w+X Q(Dp116 设置的光谱仪可以分辨双波长。 ]Kb3'je >>C(y?g file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run H%:~&_D sOBy)vq?\ 7. 总结 m# ]VdO'f 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 *?Sp9PixP 1. 仿真 f._FwD 以光线追迹对单色仪核校。 RRGCO+ )* 2. 研究 ,U#$Qb 12 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。 wZA(><\ 3. 应用 O67.DEu^ 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 `|i[*+WC 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。 E|jbbCZy2 扩展阅读 ;nbUbRb 1. 扩展阅读 7VdG6`TDR 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 i|5 K4Puu 420cJ{;A 开始视频 W c"f - 光路图介绍 Ol9'ZB|R - 参数运行介绍 ( &U8NeWZ - 参数优化介绍 $6a55~h|( 其他测量系统示例: p9[J9D3~ - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) hi I`ot - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 9oL/oL-J/
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