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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) g$ *V A} 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:  
BQB O]<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$8 +n_  
ooZ-T>$  
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%:  
1Q J$yr  
仿真&结果 B<XPu=|  
3rY /6{  
1. 结果:利用光线追迹分析 ee_\_"  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。  >Y'yM4e*  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 8@aS9 th$  
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  
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