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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) ( GoPXh  
.L]5,#2([  
应用示例简述 9}Ge@a<j  
!!w(`kmn1  
1.系统说明 4;eD}g  
5fYWuc9}z  
 光源 q- 0q:  
— 平面波(单色)用作参考光源 =K}T; c  
— 钠灯(具有钠的双重特性) B]6Lbp"oo  
 组件 ,t:P  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 T8Q_JQ  
 探测器 )d2:r 07a  
— 功率 %s^1de  
— 视觉评估 bbDm6,  
 建模/设计 oK$Krrs0&  
— 光线追迹:初始系统概览 -Q&@P3x  
— 几何场追迹+(GFT+): 5?([jAOf  
 窄带单色仪系统的仿真 :"H? phk  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 dDD5OnWmJ  
`(=?k[48  
2.系统说明 PN:`SWP  
b#R$P]dr=  
(U 4n} J  
c;06>1=wP5  
3.系统参数 xq=!1>  
E'5KJn;_7  
lP*=4Jh  
o>bi~(H  
96J]g*o(uU  
4.建模/设计结果 c\&;Xr  
iHK.hs;  
*c&OAL]  
z( }w|  
总结 R.F l5B  
1i_%1Oip  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 %Lb cwh(9  
1. 仿真 B([-GpZt[  
以光线追迹对单色仪核校。 5`gVziS!S  
2. 研究 ;[[6[i  
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。 U^%)BI  
3. 应用 "* N#-=MJF  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 _ qwf3Q@  
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。 1~3dX[&  
>VQLC&u(  
应用示例详细内容 DT)] [V^w  
系统参数 "@/pQoLy  
=&qH%S6  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 ' i<4;=M&  
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。 Vsw:&$  
kE8s])Z,+  
:N"&o(^  
);6f8H@G  
2. 系统参数 !.q 9:|oc  
yXv@yn  
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。 Y4swMN8Bq  
)pT5"{  
WBkx!{\z  
#7}M\\$M  
3. 说明:平面波(参考) t u{~:Z(  
bZ OCj1  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Kg2Du'WQ^  
47 Bg[  
F4WX$;1  
9y;}B y  
4. 说明:双线钠灯光源 VBF:MAA  
fjl 9*  
XMT@<'fI  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 ^Jq('@  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 @xa$two  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 b=pk;'-  
R){O]<+  
c$L1aZo  
Ql l{;A  
5. 说明:抛物反射镜 F ]Zg  
>A6W^J|[  
ztX$kX:_m  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 |9IOZ>H9  
 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。 ?eX/vqk  
i20y\V os?  
C4.GtY8,d  
2;s[m3  
OY:rcGc`t  
q/54=8*h0  
6. 说明:闪耀光栅 (l-= /6-  
TNA7(<"fV|  
|pWu|M _'  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 oVn&L*H   
 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 ) 5$?e  
oQu>Qr{Zp  
GN! R<9  
5V =mj+X?  
RtHai[j  
NW`.7'aWT  
7. Czerny-Turner 测量原理 h4|}BGO  
g0U?`;n$  
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。 R#;xBBt8  
FjtS  
bEQ-? X%7  
JJ_ Z{  
w?|qKO  
8. 光栅衍射效率 0!0e$!8l  
jI*@&3  
)?(Ux1:w)  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 )lS04|s  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 &,jUaC5I  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) OQKg/1  
5=|h~/.k  
l/zv >  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd >Jx=k"Kv+  
6LGl]jHf  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 \OFmd!Cz  
W4d32+V  
%,02i@Fc  
w->Y92q]  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 9S}rTZkEq  
#\Rxqh7  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 md'wre3  
,iP YsW]5  
tNzO1BK  
ui#nN   
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 .qZz 'Eq[  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 8&"Jlz |  
d!R+-Fp  
应用示例详细内容 g*YA~J@  
# M/n\em"X  
仿真&结果 7:uz{xPK6  
E\s1p: %  
1. 结果:利用光线追迹分析 U{oM*[  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ]7W!f 2@  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 _%D7D~2r|  
sZ&|omN  
V^[&4  
l_:P |  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd bRm;d_9zC  
r.#r!.6 q  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 <Y}m/-sD5  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 z!bT^_Cc0  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, *|\bS "  
16 `M=R  
 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 7JQ4*RM  
b,~pwbHf  
MT>(d*0s  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms g&2g>]  
T&pCLvkz  
3. 衍射效率的评估 }O@>:?U  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 4uoZw 3O  
~//9Nz~;3  
oOI0q_bf  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Y"8@\73(R  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd :K2 X~Ty  
Z!|r>  
4. 结果:衍射级次的重叠 )$E){(Aa  
 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。 gF)-Ci  
 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)。 Kj @<$ChZw  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 `Ze$Bd\  
 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) G2I%^.s  
 光栅方程: E<3xv;v8r  
|Vz)!M  
7MrHu2rZ=  
EEZ~Bs}d  
r7R'beiH  
5. 结果:光谱分辨率 4_QfM}Fyp  
dE,E,tv  
/FXvrH(  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run  ]aF;  
1DcBF@3sWG  
6. 结果:分辨钠的双波段 m"Mj3Z:  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Posz|u<x  
   zx\-He  
7 SJ=2  
AA,/AKikd  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 WIi,`/K+  
tP! %(+V  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run R~a9}&  
[nVBnB  
7. 总结 TX$dxHSPK  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 )m =xf1  
1. 仿真 4pT^ *  
以光线追迹对单色仪核校。 I(R%j]LX&  
2. 研究 (,o@/ -o  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 LBD],Ba!  
3. 应用 hE=xS:6  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Q+Q"JU  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Rjq\$aY}%  
扩展阅读 zL+t&P[\  
1. 扩展阅读 'q:7PkN!p  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 n!Y_SPg   
+zche  
 开始视频 J'ce?_\?PY  
- 光路图介绍 ].J;8}  
- 参数运行介绍 Gu$J;bXVj  
- 参数优化介绍 tc`3-goX  
 其他测量系统示例: D mi.@.  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Zx{Sxv"  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) HM)D/CO,?  
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