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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) .35~+aqC  
T#E$sZ  
应用示例简述 ytjZ7J['{  
<HN+pi  
1.系统说明 ^v cnDi  
HQ" trV  
 光源 V;"2=)X  
— 平面波(单色)用作参考光源 q0Q[]|L  
— 钠灯(具有钠的双重特性) .ve_If-Hg  
 组件 etiUt~W  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 )j~{P  
 探测器 |9]-_a  
— 功率 qCfEv4  
— 视觉评估 r,0D I  
 建模/设计 24? _k]Y  
— 光线追迹:初始系统概览 i7r)9^y  
— 几何场追迹+(GFT+): L FJ@4]%V  
 窄带单色仪系统的仿真 7sOAaWx  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 \ moLQ  
g|?}a]G  
2.系统说明 Xn%7{%;h  
GQY" +xa8]  
R=E4Sh  
iJOG"gI&  
3.系统参数 uj.$GAtO)  
(_@5V_U  
tugIOA  
{ >[ ]iX  
)^s> 21  
4.建模/设计结果 mHju$d  
 ArAe=m!u  
&ZC{ _t  
85Yi2+8f4  
总结 B F gxa#De  
U!o  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 $poIWJMc  
1. 仿真 ciml:"nQ  
以光线追迹对单色仪核校。 R$ +RTG:E  
2. 研究 !]g[u3O  
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。 l:e C+[_;>  
3. 应用 *v K~t|z  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 E Zf|>^N  
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。 8\' tfHL  
=UK:83R(  
应用示例详细内容 *kK +Nvt8s  
系统参数 /N*<Fq7w~  
L3wj vq^  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 8gE p5  
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。 R0*P,~L;|  
NJr)f  
XBCHJj]k  
;r"r1'a+@  
2. 系统参数 b' M"To@  
,~Xe#e M  
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。 O]hUOc `k  
'h6G"=+  
v+Y^mV`|  
sgK =eBE  
3. 说明:平面波(参考) FO_}9<s  
LsIZeL^  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 c)^A|{,G  
sB *dv06b0  
oi7k#^  
dZ(Z]`L,B  
4. 说明:双线钠灯光源 &0Y |pY  
(9aOET>GG  
~?b1x+soV  
 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。 eza"<uBr  
 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)。 <HRPloVKo  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 bIBF2m4  
1=IOio4U  
|iBf6smF  
ZR3,dW6S  
5. 说明:抛物反射镜 MYara;k  
uQ[,^Ee&/  
lc5(^ ~  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 {4 vWSb  
 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。 fI0"#i v}  
m)<+?Bv y  
_7:Bxx4B  
%4x0^<k~  
~x'8T!M{  
Z*q&^/N  
6. 说明:闪耀光栅 JLWm9c+UTG  
a6z0p%sIZ  
Z P|k3   
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 |*zgX]-+;  
 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 RF2I_4  
'*Dp2Y{7  
P6>C+T1  
ke W7pN?  
UJL'4 t/  
\^y~w~g?  
7. Czerny-Turner 测量原理 vYXhWqL~  
PuZzl%i P3  
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。 Z7y%  
'Bt!X^  
1qn/*9W}=  
{GCp5  
;DZj.| Sj+  
8. 光栅衍射效率 S\I+UeFkf  
=>'j_|  
q*4@d)_&  
 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。 \+U;$.)3  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 c%b|+4 }x  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) -9+$z|K  
*tpS6{4=#7  
{y@8E>y5$  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 1l^[%0  
e"sv_$*  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 B!)9 >  
M{)eA<6  
ircL/:  
Xs$a^zZ  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 V{>;Z vj1R  
Rd;t}E$  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 C{l-l`:  
ft{i6}  
ZK2&l8  
Imzh`SI,  
 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)。 8?<J,zu@AV  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 jc>B^mqx  
l&W:t9o  
应用示例详细内容 XD!}uDZ^  
:D2GLq*\  
仿真&结果 bqF?!t<B  
$'!n4}$}  
1. 结果:利用光线追迹分析 Xooh00  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 T51oNO%^  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ~pI`_3  
D"fjk1  
qnd] UUA^  
"<&o ;x<  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd r}|)oG,=  
NX;{L#lQ  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 -s0J8b  
 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)。 v{1g`E  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, MD4m h2  
e+2lus,u6t  
 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。 :=q9ay   
0&&P+adk  
;U tEHvE*  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 0f+]I=1\  
l:#'i`;   
3. 衍射效率的评估 'rfs rZ?  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 & }"I!  
b*nI0/cbR.  
#:MoZw`rlw  
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。 Skux&'N:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd xA n|OSe  
%md9ou`  
4. 结果:衍射级次的重叠 b3GTsX\2|  
 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。 9]{Ss$W3x  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 F?y C=  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 9(KffnE^  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 0r&FH$  
 光栅方程: |NjyO>@Pa  
VF7H0XR/k5  
<`A!9+  
^ilgd  
+$^ [ r  
5. 结果:光谱分辨率 6p,}?6^  
k5)IBO  
')fIa2dO/  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run HE2t0sAYX  
*Hh*!ePp  
6. 结果:分辨钠的双波段 aJ]t1  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 r9-)+R J  
   $7Lcn9 ?G  
T?-K}PUcQ  
)B5U0iIi  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 <(~geN  
n 2(\pQKm  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run k@9q5lu;T  
MY&?*pV)  
7. 总结 D6FG$SV  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 qMBEJ<o  
1. 仿真 /q`f3OV"  
以光线追迹对单色仪核校。 :\1vy5 _  
2. 研究 DsiyN:o'+  
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。 J\I`#  
3. 应用 wmX *n'l  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 JCITIjD7=  
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。 1a},(ZcdX  
扩展阅读 fhQ N;7  
1. 扩展阅读 ??P> HVx  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 hN1{?PQ  
}GGH:v  
 开始视频 8 A#\V  
- 光路图介绍 mw=keY9]  
- 参数运行介绍 A^ry|4`3(  
- 参数优化介绍 ?vP }#N!=d  
 其他测量系统示例: & =vi]z:[  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) DTx>^<Tk  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) EPeV1$  
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