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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) 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$4U  
— 光线追迹:初始系统概览 Fs rGI (x?  
— 几何场追迹+(GFT+): tlo"tl_]  
 窄带单色仪系统的仿真 ?zwPF;L*  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 p#:.,;  
n GE3O#fv  
2.系统说明 Xj:?V;  
:cv_G;?  
}]cKOv2  
2" (vjnfH  
3.系统参数 &M$s@FUY  
!|P>%bi  
cX$ Pq  
o,a 3J: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。 I13n mI\  
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;av63 i  
?`?"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-]k7a 2V  
{Lu-!}\NP  
JgXP2|Y!  
6. 说明:闪耀光栅 -MZ LkSU  
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 isK~=  
ZaQg SE>Y  
Gqvnc8V&  
k@nx+fO}P  
]JB~LQz]k  
Oz{.>Pjn^o  
7. Czerny-Turner 测量原理 C YA#:  
&!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。 K r $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.  
$P#Cf&R  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 OU+oS,  
<1#v}epD#  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 v#u]cmI  
x9}D2Ui  
F#S^Q`  
?d`?Ss;v  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 yIC.Jm D*  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 `M?C(  
f&=y\uP]  
应用示例详细内容 @a,X{ 0  
*yp}#\rk  
仿真&结果 [OFg (R-  
NQefrof  
1. 结果:利用光线追迹分析 }m NP[L  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 9hG)9X4  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 v w$VR PW  
z#*M}RR  
zA[6rYXY  
[AE-~+m)^  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd xi=Z<G  
I=)Hb?q T~  
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]R O'  
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=i8o `  
$ hwJjSZ0  
Dg~r%F  
Nzj7e 1=  
g2L^cP>2  
5. 结果:光谱分辨率 tcOgF:  
%RA8M- d  
M B|+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  
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