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) g$*VA} s W[3)B(Vq<E 应用示例简述 xbA% 'p k&P_ c 1.系统说明 hrRX= ~f2zMTI| 光源 \HOOWaapN — 平面波(单色)用作参考光源 &xqr&(o — 钠灯(具有钠的双重特性) V ;)q?ZHg 组件 R`:NUGR — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 0|:Ic, 探测器 oa?eK — 功率 /-39od0 — 视觉评估 otO6<%/m 建模/设计 Mr(~
* — 光线追迹:初始系统概览 g~@0p7]Y — 几何场追迹+(GFT+): TPds )osZT 窄带单色仪系统的仿真 D4r5wc% 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 'gojP G?]E6R 2.系统说明 f6Wu+~|Y "/?*F\5
[hS?d.D j]<T\O>t> 3.系统参数 (;a
O% %Ys>PzM
DwZt.* v}]x>f ?Y'S
/ 4.建模/设计结果 z[S,hD\w ;NRT
a*
5e,Dk0d 685o1c| 总结 Q[p0bD: BQBO]<99 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 +c\s%Gzrh 1. 仿真 KW&&AuPb} 以光线追迹对单色仪核校。 @6$r|:]G- 2. 研究 &bj :,$@ 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 &u"*vG (U[ 3. 应用 AEnS_Q 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 RQ{w`>K 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ok\+$+$ju "\BP+AF 应用示例详细内容 gH\r# wy| 系统参数 9rao&\eH /@RnCjc' 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 2a=WT`xf? Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 9$Mi/eLG2N 45j+n.9=
jD^L < @mJN 2. 系统参数 YC=BP5^ ;*W]]4fy 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。 6ddkUPTF Z{p6Q1u
B@zJ\Ir[ f/;\/Q[Z7 3. 说明:平面波(参考) F` I-G~e "}SERC7 采用单色平面光源用于计算和测试。 4rM77Uw> % C
3jxt
38q@4U=aiw N@MeaO 4. 说明:双线钠灯光源 )1fQhdO}x z}bnw2d] 2hJ{+E.m 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。 HnP;1Gi 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)。 {yb\p9q{Yo 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 NNl/'ge<\ zK-hNDFL{
Etu>z+P! t^CT^z 5. 说明:抛物反射镜 @>9p2u)= h{* O9O< uCu,'F,6Y 利用抛物面反射镜以避免球差。 j^%i?BWw 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。 ^CK)q2K>[ [BQw$8+n_
oo Z-T>$ owMH
<,E*,&0W ,#wVqBEk 6. 说明:闪耀光栅 jujx3rnK? =` i 7? S-rqrbr|AT 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 `C*!de]Y% 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 @&Nvb.5nT 7
YK+TGmU^
\4j+pU j&Hn`G
*c AoE l !%u#J:z2 7. Czerny-Turner 测量原理 zDl, bLiJ iO!lG 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。 ^TEODKS X#3<hN*v
z$Nk\9wm pt4xUu{ 13QCM0# 8. 光栅衍射效率 WD\{Sdx:r %7d"()L b;t]k9:"L VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 !n{c#HfG 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 y[|g!9Rp 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此)
?:FotnU*p e6R"W9
*(`.h\+ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd epbp9[` >o} ati 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 WsV3>=@f ;:|KfXiC8
2Y4&Sba^Y v$i%>tQ\ 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 ?8, N4T0) cLU*Tx\ 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 0l6iv[qu5w SNU
bY6
>Y+KL h(8;7}K 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)。 JKT+ q*V 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 DXz8C - 7:L~n(QpP 应用示例详细内容 4sj%: 1QJ$yr 仿真&结果 B<XPu=| 3rY /6{ 1. 结果:利用光线追迹分析 ee_\_" 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 >Y'yM4e* 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 8@aS9th$ 4) 3pa*
| q16%6q V
3]p3 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 3=l-jGJk 'c[LTpn4= 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 "|'`'W 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)。 arLl8G[ 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, &&]!+fTZ\(
ZY!pw6R1>* 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。 V3W85_* _<a)\UR
OZ;E&IL animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Zax]i,Bx otSPi7|k 3. 衍射效率的评估 _Af4ct;ng 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 ,A!e"=HF Z{
Zox[/
pInWKj[y1 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。 _*$B|%k file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd thPH_DW>eb px>>]>ZMH 4. 结果:衍射级次的重叠 9BD|uU;0 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。 OPY/XKyY, 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)。 W:poUG1UR 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。 d+2O^of:T 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) 0bxvM 光栅方程: =P;;&j3Z f5GR#3-h(
[a)~Dui0@\ @
KPv&UB mjl!Nth:< 5. 结果:光谱分辨率 `/JR}g{O UVCMB_T
Eb[H3v48, file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run /^33 e+j Mr NOcx& 6. 结果:分辨钠的双波段 .(dmuV9 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 +Q!xEfpO; p@8^gc
a H|OA\< tbzvO<~ 设置的光谱仪可以分辨双波长。 :IT U0%;!+ ~:}XVt0%8 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run \m~\,em y5Wqu9C\Io 7. 总结 &]yJCzo] 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ~R?dDL 1. 仿真 <,X+`m& 以光线追迹对单色仪核校。 ul=a\;3x#| 2. 研究 Sp~Gv>uMK 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。 /yw\(|T 3. 应用 t6%xit+ 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 h>^jq{yu 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。 ;p#Z :6 扩展阅读 E2h;hr;W 1. 扩展阅读 0o=6A<#x 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 #:vDBP05.m .f !]@"\ 开始视频 tY$ty0y-e - 光路图介绍 3n84YX{ - 参数运行介绍 3^A/`8R7K - 参数优化介绍 kJvy<(iG 其他测量系统示例: W#Hv~1 - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) %j[LRY/ - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Q 9gFTLQ
|
|