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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) p9\*n5{ EvY^]M_U 应用示例简述 %FqQ+0^ \WdSj 1.系统说明 }|M:MJ` *h).V&::O 光源 9FNsW$b? — 平面波(单色)用作参考光源 g6.I~oQj — 钠灯(具有钠的双重特性) &AeNrtGu 组件 8gt*`]I — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 &e*@:5Z:k 探测器 6r@>n_6LY — 功率 D Vg$rm` — 视觉评估 4eSFpy1 建模/设计 $txF|Fj]^A — 光线追迹:初始系统概览 A yn$, — 几何场追迹+(GFT+): l S
p"(& 窄带单色仪系统的仿真 ./'d^9{ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Kf$(7FT'` 1L7^g* 2.系统说明 #D{Eq8dp /S~ =qodS
FK-q-PKO#. %" l; 3.系统参数 ;9 ChBA BOy&3.h5?
2cGiE{ mtE+}b@(!& 0fUsERr1* 4.建模/设计结果 _T8S4s8q D8Mq '$-
O%F*i2I:+k
yn<J>e 总结 Ix@B*Xz:` ,D<U PtPQ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 0mmHN`< 1. 仿真 BxQ,T@ 以光线追迹对单色仪核校。 UH\{:@GjNO 2. 研究 Pq(LW( 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。 ^~bdAO81 3. 应用 ke<5]&x 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 7&%#bMnw 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。 b9-3 oZl%0Uy?9I 应用示例详细内容 ^\J-LU|"B 系统参数 yA_ly < m9&%A0 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 jWh)bsqI! 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。 YH^@8
E:PPb9Kd
=d:3]M^ u3wd~. 2. 系统参数 #,XZ @u+ 2*Pk1vrI 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。 "sY}@Q7 ,7k1n{C)
~ kDJ-V l7 @cov 3. 说明:平面波(参考) &1`Y&x:p WQD:~*C: 采用单色平面光源用于计算和测试。 Wyeb1 j*4:4B%
>dD$GD{ I,)\506 4. 说明:双线钠灯光源 X{ 6a +Kg }R5+ asLrXGGyT 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 j?k|-0 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 2Yd@V} 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 y*US^HJOZ Ip)u6We>I
v'^}zO 8IBr#+0 5. 说明:抛物反射镜 <X1lq9 lW X-TGrdoX y
c 8h}` 利用抛物面反射镜以避免球差。 "5sA&^_#_ 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 gNA!)}m\ ,IE.8h)H
X')l04P@% V
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QGT2LY 3?L[ohKH?: 6. 说明:闪耀光栅 DBLM0*B %^nNt:N0 Fpeokr"i 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 gG}H5uN 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 LXhR"PWZM\ 8ZM#.yBB
*rHz/& , 6iF&!Fd>J
|>m'szca4 c14d0x{ 7. Czerny-Turner 测量原理 HJ0;BD.] |_-w{2K 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 F[!%,-* tns8B
k_zn>aR$F `YE=B{q vNl)ltzJF 8. 光栅衍射效率 $ Y^0l [C<K~ fqq4Qc)#U& 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。 3
v.8 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 iF837ng5 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) M+HhTW;I= ,9_O4O%
DG0I-"s file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd :l1-s] [{[m)Z^ 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 M6^
\LtFt {2D|,yH=
d!Gy#<H ]j6K3 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 Tcc83_Iq P3Lsfi. 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 G +41D .s!0S-RkC
V@b7$z X"r.*fb;N 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)。 WWZ<[[ > 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Hc8He!X*# _od /)# 应用示例详细内容 j2u'5kJ
G UntFkoO 仿真&结果 S<cz2FlV % -AcA 1. 结果:利用光线追迹分析 Jvsy
6R 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 D M+MBK
对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 cRD;a?0/6s dh [kx
ge6S_" 8 sc2r file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ytjZ7J['{
<HN+pi 2. 结果:通过虚拟屏的扫描
^v cnDi 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)。 F~
\ONO5 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, }zsIp,
+_cigxpTc 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。 HR8YPU5
A%F8w'8(
c$2kR: animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms -Fn/= xR&:]M[Vg 3. 衍射效率的评估 HJ]e%og 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 hZL!%sL7 K{/i2^4
qK#"uU8B 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 ht ]n* file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd %aK[Yvo6 FZ+2{wIV^ 4. 结果:衍射级次的重叠 @-\=`#C** 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 .d^8?vo VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ecz-jZ!
` 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 /}>8|#U3y 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 5YNAb/!!F 光栅方程: m?B=?;B9# Ot`%5<E^
#<9'{i3 a6./;OC 3!gz^[!?EN 5. 结果:光谱分辨率 m[2[9bQ0 Cy6!?Mik
.[]S!@+% file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run H,w8+vZ4\ cyB+(jLHDs 6. 结果:分辨钠的双波段 NcF>}f,}\ 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 =0Y0o_ E=,5%>C0#%
OF']- mIYKzu_k= 设置的光谱仪可以分辨双波长。 c|9g=DjK ojf6@p_ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run XdV>6<gf{
~zac.:a8 7. 总结 S$fS|N3]% 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 D3dh,&KO\ 1. 仿真 R--s
u:
以光线追迹对单色仪核校。 rCA!b"C2 2. 研究 Nh^I{%.x 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。 8WP"~Js! 3. 应用 H@wjZ;R 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 U9b[t 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。 S>(x x"Ia 扩展阅读 r^C(|Vx 1. 扩展阅读 T?!SEblP] 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 SWI\;:k ;0oL*d[1Z 开始视频 &(,&mE - 光路图介绍 YB 7A5 - 参数运行介绍 Hkia&nz'3 - 参数优化介绍 45.g ; 其他测量系统示例: R,PN?aj - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) af>i - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) LsIZeL^
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