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) Ol8ma`}Nq3 ifA{E}fRZP 应用示例简述 N%1T>cp0 hhu!'(j 1.系统说明 Pb05>J3N P4vW.|@ 光源 J%ym1A9 — 平面波(单色)用作参考光源 ,z6&k — 钠灯(具有钠的双重特性) 1b)^5U ; 组件 Y<X,(\iEHP — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 vi+k#KE 探测器 ;U6z|O7L — 功率 GT|=Kx$; — 视觉评估 6 /T_+K.k 建模/设计 '5V2{k$4U — 光线追迹:初始系统概览 FsrGI
(x? — 几何场追迹+(GFT+): tlo"tl_] 窄带单色仪系统的仿真 ?zwPF;L* 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 p #:.,; n
GE3O#fv 2.系统说明 Xj :?V; :cv_G;?
}]cKOv2 2"
(vjnfH 3.系统参数 &M$s@FUY !|P>%bi
cX$ Pq o,a3J:j] D{~mJDUzK 4.建模/设计结果 q.L0rY! <<>?`7N
bqmOfGM 8NLTq|sW 总结 y>zPsc, .VF4?~+M- 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 I13nmI\ 1. 仿真 "g7`Ytln 以光线追迹对单色仪核校。 sMh3IL9(* 2. 研究 ^J0*]k%
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。 !2oe;q2X[G 3. 应用 OyVdQ". 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 kJP
fL s 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;av63i ?`?"j<4e 应用示例详细内容 a@_.uD 系统参数 SJhcmx+ 1X\dH<B} 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 |n-NK&Y(o 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。 Q8.SD p !$ikH,Bh
:5?g<@ Qn>0s 2. 系统参数 >/;V_(
@A(*&PU>j 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。 :4|W;Lkd! wkm;yCF+
yP\KIm! 4}B9y3W:v 3. 说明:平面波(参考) <TmMUA)`} :|J'HCth 采用单色平面光源用于计算和测试。 H:x=v4NgsU IDbqhZp(
=\7o@ 38 >jU.R;H5 4. 说明:双线钠灯光源 -Y'Qa/:7 `9SRiy ON~jt[ 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。 \4y7! 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)。 ,.Ac= "f 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 U1<EAGo| o ohgZ&k2]
-AcLh0pc S0C
7'H%?# 5. 说明:抛物反射镜 fvKb0cIx] C5;=!B !MoJb#B3^] 利用抛物面反射镜以避免球差。 dM"Suw 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。 !kZ9Ox9^ dXgj
1euL+zeh s-]k 7a2V
{Lu-!}\NP JgXP2|Y ! 6. 说明:闪耀光栅 -MZLkS U wzhM/Lmo\z q6'3-@% 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 -?gr3rV@ 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 is K~= ZaQgSE>Y
Gqvnc8V& k@nx+fO}P
]JB~LQz]k Oz{.>Pjn^o 7. Czerny-Turner 测量原理 CYA#: &!uw;|% 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。 Onoi ^MDy .8[B
}S(
S\2QZ[u
y&T(^EA; W,~s0a! 8. 光栅衍射效率 "5*n(S{ks pE(\q+1< p@`rBzGp 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。 Q7oJ4rIP 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 Kr $R " 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) ~_v?M%5i 1jU<]09.
Zp~2WJQ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 9 ![oJ3 nHxos`Qx 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 /MHqt=jP6 6||zwwk'.
5qo^SiB. $P#Cf&R 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 OU+oS, <1#v}epD# 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 v#u]cmI x 9}D2Ui
F#S^Q` ?d`?Ss;v 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 yIC.JmD* 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 `M?C( f&=y\uP] 应用示例详细内容 @a,X{0 *yp}#\rk 仿真&结果 [OFg
(R- NQefrof 1. 结果:利用光线追迹分析 }m NP[L 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 9hG)9X4 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 v w$VRPW z#*M}RR
zA[6rYXY [AE-~+m)^ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd xi=Z<G I=)Hb?qT~ 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 9u<4Q_I` 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)。 &$uQ$]&H 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, Qj(q)!Ku
Q:?]:i/* 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。 h-`Jd>u" R?3^Kx
:Bc)1^I animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms e|Iylv[3 )qs>Z?7 3. 衍射效率的评估 $(v1q[ig 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 ]$/TsN 7m0sF<P{g
($:s}_<>s 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 m}w~ d / file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd :NJb<%$ l]RO' 4. 结果:衍射级次的重叠 Bv,u kQ\CH 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。 un|+YqLf 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)。 4eapR|#T 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。 \(Z'@5vC 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) Ho[Kxe[c 光栅方程: m=i 8o ` $
hwJjSZ0
Dg~r%F Nzj7e 1= g2L^cP>2 5. 结果:光谱分辨率 tcOgF: %RA8M-
d
MB|+F file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 2ILMf?} 0eq="|n^| 6. 结果:分辨钠的双波段 H%NP4pK 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 HV'xDy[) O o9 ePw7
0/?V _ '6i"pJ0% 设置的光谱仪可以分辨双波长。 =*0<.Lo': E/x``,k file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run `Q?rQ3A} I]N?}]uZ 7. 总结 4UD7! 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 tqyR~ 1. 仿真 s.z (1MB] 以光线追迹对单色仪核校。 <a%9d<@m 2. 研究 Dp|y&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。 9:zW$Gt& 3. 应用 ("UcjB^62 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 bL\ab 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。 \{ 扩展阅读 Dd8*1, 1. 扩展阅读 ~i 'Ib_%h 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ]kUF>Wp fT1/@ 开始视频 K#q1/2 - 光路图介绍 @ht= (Jk9 - 参数运行介绍 M]&F1< - 参数优化介绍 ) jBPt& 其他测量系统示例: ``?]13XjK - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) [5>f{L!<T< - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) @{16j#'R
|
|