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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) [t /hjm"$  
)L`0VTw'M  
应用示例简述 EpeTfD  
@R?S-*o  
1.系统说明 5-}4jwk  
C}+w<  
 光源 jd=k[Yqr  
— 平面波(单色)用作参考光源 q]tPsX5{*  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 8J%^gy>m]  
 组件 1P4jdp=~  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 jjkiic+tDN  
 探测器 &?*M+q34  
— 功率  x9 <cT'  
— 视觉评估 ~xu<xy@E  
 建模/设计 RNiZ2:  
— 光线追迹:初始系统概览 y1/$dn  
— 几何场追迹+(GFT+): l.lXto.6)  
 窄带单色仪系统的仿真 -.1x!~.jX  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 'uBW1,  
_ EHr?b2  
2.系统说明 5>q|c`&}E  
\no[>L]  
dV8mI,h  
1Af~6jz  
3.系统参数 +is;$ 1rq  
U=p,drF,A  
<r,l  
IR|AlIv  
ld4QhZia  
4.建模/设计结果 gec<5Ewg  
N9Yc\?_NU_  
y_38;8ex  
qp_kILo~  
总结 v-X1if1%  
|~W!Y\l-  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 2Q)"~3  
1. 仿真 v'S}&zmF]  
以光线追迹对单色仪核校。 xRJv_=dT  
2. 研究 wnP#.[,V  
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。 WtFv"$V  
3. 应用 |SZRO,7x  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 E:(flW=  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 \QstcsEt  
uOEy}&fH  
应用示例详细内容 f$NudG!S  
系统参数 1-1x,U7w  
& p"ks8"  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 'AE)&56  
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。 1fm\5/}'`1  
t*< .^+Vd  
fnG&29x  
)Rn}4)9!iT  
2. 系统参数 *;(LKRV  
,;'9PsIS^  
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。 IR?ICXmtx  
qXkc~{W_  
#]oVVf_  
Z+=WgEu1  
3. 说明:平面波(参考) pN&5vu30  
OOGqtA;  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 A{Z=[]r1`E  
B8'" ^a^&-  
ce/Rzid  
>0=`3X|Y7  
4. 说明:双线钠灯光源 uR|Jn)/m(  
,o]"G[Jk  
vAbMU  
 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。 D:U:( pg  
 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?{BVWtl}  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 H*!j\|v0  
[2gK^o&t  
KTD# a1W  
h)"PPI  
5. 说明:抛物反射镜 @mW: FVI  
:se o0w]  
I&U?8  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 zy~vw6vu  
 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。 Pk7Yq:avL  
qg vg MWj  
lV: R8^d  
DKAqQ?fS  
9; HR  
'xm_oGWE  
6. 说明:闪耀光栅 OWx YV$  
_|bIl%W;\'  
"GEJ9_a[  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 M2(+}gv;7p  
 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 ^rMkCA@;TZ  
='q:Io?T  
bX:Y5o49  
+N: K V}K  
BK]bSj  
` /#f8R1g  
7. Czerny-Turner 测量原理 fHCLsI  
Q>] iRx>MZ  
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。 \Y_2Z /  
N W :_)1  
Mf Dna>,Y  
"~0m_brf  
Q<3=s6@T  
8. 光栅衍射效率 cu5Yvp  
q{HfT d  
t8DyS FT  
 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。 o_p#sdt"  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 s]Nh9h  
 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) uIvy1h9m  
vyP3]+n  
9E4H`[EQ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 0W<:3+|n4  
3`S|I_$(T"  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 T$5u+4>"  
0f}zm8p7.  
1Y:lFGoe  
l)< '1dqe  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 'VcZ_m:  
@.;] $N&J  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 y.AVH`_u  
RO+B/)~0<  
zZ &L#  
`,gGmh  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 u@tJu'X  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 0OO$(R*  
/ PDe<p  
应用示例详细内容 e>vV8a\  
3e4; '5q;  
仿真&结果 2A7g}V  
T+ey>[  
1. 结果:利用光线追迹分析 GO{o #}  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 k~Qb"6n2  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 1t haQ"  
P0NGjS|Z{  
@RGVcfCG)  
1ThONrxu  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd >Y=HP&A<  
/HbxY  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 7?a@i; E<  
 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)。 }6ObQa43   
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, rqbX9M^  
?tS=rqc8oW  
 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。 P=PcO>  
)';Rb$<Qn  
~nJcHJ1nb4  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 7Gb1[3  
SFCKD/8  
3. 衍射效率的评估 1T:M?N8J  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 m8'B7|s  
^*.S7.;2o  
PkA_uDhw  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Ah:!  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd *)0bifw$&  
VeK^hz R^Z  
4. 结果:衍射级次的重叠 *fyC@fI>  
 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。 EOJk7  
 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)。 qj *IKS  
 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。 > w:+nG/r  
 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) 4/YEkD  
 光栅方程: \`?#V xz  
0"q_c-_Bg  
62lG,y_L  
N2:};a[ui5  
YI05?J}  
5. 结果:光谱分辨率 M`IiK+IoU  
KWtLrZ(j  
[U+6Tj,  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run n+Ofbiz@  
%-ih$ZY  
6. 结果:分辨钠的双波段 p ;E zmz  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 -L e:%q2  
   c@u)m}V  
{!5"Y(>X  
'Gwa[ |6i  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 9F+i+(\,b  
K..L8#SC  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run KV1zx(WI  
]D|sQPi]F  
7. 总结 bg.f';C  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 jP'.a. ^o$  
1. 仿真 klHOAb1  
以光线追迹对单色仪核校。 bz!9\D|h  
2. 研究 48X;'b,h  
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。 &t)dE7u5  
3. 应用 tln*Baq  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 TAz #e  
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。 i8R.Wl$l  
扩展阅读 x`N _tWZ  
1. 扩展阅读 6GVj13Nr  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 gM=oH   
A:Y]<jt  
 开始视频 WK7=z3mu  
- 光路图介绍 WBTdQG Q6  
- 参数运行介绍 "0Xa?z8"  
- 参数优化介绍 ~F7 +R   
 其他测量系统示例: ,a_F[uK  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 7{=<_  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) GRpS^%8i@  
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