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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) l _%<U  
i%[gNh  
应用示例简述 B}[f]8jrM  
?&;_>0P  
1.系统说明 }6!/Nb  
*Z^`H!&  
 光源 rR :ZTfJs"  
— 平面波(单色)用作参考光源 ]"b:IWPeI  
— 钠灯(具有钠的双重特性) {0w2K82  
 组件 NXFi*  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 DqT<bNR1*;  
 探测器 *U,J Q  
— 功率 IycZ\^5*-  
— 视觉评估 ;b*qunJ3L  
 建模/设计 tp}/>gU!  
— 光线追迹:初始系统概览 x<M::")5!V  
— 几何场追迹+(GFT+): vReX7  
 窄带单色仪系统的仿真 4pf@.ra,  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 j :B/ FL  
ofV0L  
2.系统说明 YB7n}r23  
8 E\zjT!#\  
9Z!n!o7D  
Or.u*!od&  
3.系统参数 OU/}cu  
$ mE* =  
A~PR  
0(wu  
d/ ^IL*O  
4.建模/设计结果 &{.IUg  
i,r:R g~  
3?a`@C&x  
zplv.cf#q  
总结 F-wAQ:  
88v8lt;R  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 k3qQU)  
1. 仿真 h8asj0  
以光线追迹对单色仪核校。 ZI!:  
2. 研究 4T(d9y  
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。 ih".y3  
3. 应用 @!fUp b  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 bpwA|H%{M  
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。 K 77iv  
\)No?fB  
应用示例详细内容 `^SRg_rH=`  
系统参数 l;_IH|A  
~^' ,4<K-}  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 8xO   
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。 ;yomaAr  
6]b"n'G  
d j\Z}[  
VQHB}Y@^  
2. 系统参数 hU""YP ~y  
\t7yH]:>@  
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。 qX-ptsQ  
X?'cl]1?  
A+RW=|:  
=4eJ@EVM  
3. 说明:平面波(参考) 7x6 M]1F  
6i[Ts0H%<!  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 !{.CGpS ]  
Dm)B? H"  
-j3Lgm  
6/8K2_UeoW  
4. 说明:双线钠灯光源 ":udoVS!  
pr#%VM[':R  
'|SO7}`;Q  
 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。 R|C`  
 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)。 FYYc+6n  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 l e'RU1k  
>8(i;)(3  
F<I*?${[  
%v8 &  
5. 说明:抛物反射镜 7{F\b  
K'ZNIRr/ C  
T/'z,,Y  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 Qfm$q~`D^W  
 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。  1c0' i  
z^QrIl/<c2  
Da(k>vR@4  
z{L'7  
"#O9ij  
.#QE*<T)]  
6. 说明:闪耀光栅 t<Acq07  
g{]6*`/Z  
S $p>sItO  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 #BLHHK/[  
 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 ;_bRq:!j;  
$ ZI ]  
G]ek-[-  
l}uZxKuYx  
>.Gmu  
"'z}oS  
7. Czerny-Turner 测量原理 z{W C w  
wG,"X'1  
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。 ' 4FH9J  
nc;e NB  
`"=>lu2H   
m%[e_eS  
w.x&3aG  
8. 光栅衍射效率 "A}sD7xy9  
O-V|=t  
bh.&vp.kP  
 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。 b  Ssg`  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 \t!~s^Oox  
 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) XjN4EDi+E  
v])ew|  
v?VDASR2`  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd N\PdX$  
t%Jk3W/f  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 qYA~Os1e  
F LWVI4*  
9`*ST(0/  
@U_ CnhPQq  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 I<#X#_YP  
CV @P +  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 712nD ?>  
@[g7\d  
p]mN)  
E y:68yU  
 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)。 >%tG[jb  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 VM%g QOo<  
BH0m[9nU;  
应用示例详细内容 -P}A26qB  
,-Hj  
仿真&结果 `6~0W5  
@5^&&4>N  
1. 结果:利用光线追迹分析  >:-e  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 D./{f8  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 u+j\PWOtm  
qnp}#BZ  
Z<;W*6J  
"J"=<_?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 1b%Oi.;  
 )kWxp  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描  WwB_L.{  
 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)。 m#'eDO:  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 5mZ2CDV  
o-=|}u]mz  
 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。 %&6Q Uv^  
GTR*3,rw  
|*c1S -#  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms  @/s|<*  
, '0#q  
3. 衍射效率的评估 #+ch  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 67(s\  
wY<s  
'V?FeWp  
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。 M=raKb?F  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd WAxNQfEe  
ZPH_s^  
4. 结果:衍射级次的重叠 !`e`4y*N  
 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。 @%,~5{Ir  
 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)。 K;6#v%  
 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。 $BdwKk !k  
 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) D\THe-Vtr  
 光栅方程: 8_}t,BC  
RvAgv[8  
,1{qZ(l1  
A1prYD  
f- XUto  
5. 结果:光谱分辨率 1O`V_d)  
r,JQR)l0@V  
:xr^E]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run x[58C+  
Ye3o}G9z  
6. 结果:分辨钠的双波段 U\P4ts  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 :XhF:c[.:  
   +g g_C'"  
4z(~)#'^  
1\fx57a\  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 n}UJ - \$  
c K\   
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run f5*qlQJFz\  
x:Q\pZ  
7. 总结 0;l~B  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 |J!mM<*K  
1. 仿真 $0 .6No_|  
以光线追迹对单色仪核校。 Da 7(jA+  
2. 研究 ]R""L<K%HF  
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。 )pl5nu#<  
3. 应用 cjN)3L{  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 /O:4u_  
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。 %nkP" Z#  
扩展阅读 (e'8>Pv  
1. 扩展阅读 LG:k}z/T  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 %Lh%bqGz  
:"Xnu%1  
 开始视频 |p/ *OFC6  
- 光路图介绍 )l`Ks  
- 参数运行介绍 Md~SzrU  
- 参数优化介绍 =x -7 Wy  
 其他测量系统示例:  [p6:uNo  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) <KX9>e  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Zy+ERaF|]  
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