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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) fJe5 i6`(  
_,I~1"  
应用示例简述 B[2t.d;h  
5glEV`.je  
1.系统说明 a.ijc>K  
G;U SVF-'K  
 光源 vG=Pi'4XXo  
— 平面波(单色)用作参考光源 )Lk2tvr  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ,mz7!c9H^a  
 组件 1`l(H4  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 `>RM:!m6=$  
 探测器 ]/AU_&  
— 功率 9Vt6);cA-]  
— 视觉评估 JIc9csr:b  
 建模/设计 yA7O<p+  
— 光线追迹:初始系统概览 "chf \ -!$  
— 几何场追迹+(GFT+): Lmw)Ts>  
 窄带单色仪系统的仿真 V9%9nR!'  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 $"#M:V @  
KvI/!hl\  
2.系统说明 S(rnVsW%Ki  
~4c,'k@  
C;9P6^Oz  
9<"F3F0|  
3.系统参数 U@(8)[?nxn  
c)q=il7ef  
8 -w|~y';  
jP<6Q|5F  
;2^zkmDM  
4.建模/设计结果 u!fZ>kS  
dN){w _  
E^~ {thf  
/Wdrpv-%,1  
总结 h645;sb0  
ol`q7i.  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 .I>CL4_  
1. 仿真 !L_xcov!Y  
以光线追迹对单色仪核校。 #}8VUbJ  
2. 研究 YYvX@f  
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。 |@?='E?h  
3. 应用 TQvjU!>  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 $0]5b{i]  
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。 8zwH^q[`r  
jASK!3pY  
应用示例详细内容 e`5:46k|  
系统参数 P#;pQC  
J>nta?/,X  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 7mb5z/N  
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。 sr~VvciIy  
9mpQusM  
_sHeB7K  
c|4_nT 2  
2. 系统参数 $A(3-n5=  
l 5f'R  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 .0|_J|{  
kC'm |Y@T  
~fO#En  
Af^9WJ  
3. 说明:平面波(参考) = @FT$GQ  
0+A#k7c6p  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 /4+*!X  
vTp,j-^  
9 Lqz:4}  
W5&KmA  
4. 说明:双线钠灯光源 x+1-^XvK  
^SwU]e  
?X7nM)  
 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。 Zj nWbnW  
 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)。 V. o*`V  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 ^;Yjs.bI`F  
*mN8Qd  
4&~*;an7  
86o'3G9@  
5. 说明:抛物反射镜 +H!aE}  
rE\&FVx  
dBW4%Zh  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 *#'&a(h B!  
 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。 CY)[{r  
Ej`G(  
L-e6^%eU  
X`I=Z ysB  
HA0yX?f]  
BU^E68?G  
6. 说明:闪耀光栅 !,*Uvs@b  
B{1yMJA  
a$G hb]  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ay28%[Q b4  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 1w>G8  
-}Rh+n`  
qPCI@5n3T?  
ITjg]taD  
,9 .NMFn  
<|:$_&(  
7. Czerny-Turner 测量原理 VO*fC  
mpl^LF[  
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。 6x8lnXtA  
(HeIO  
@h7 i;Ok  
]T>YYz  
?:RWHe.P  
8. 光栅衍射效率 v/3Vsd  
+#g4Crb  
0-U%R)Q  
 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。 Zor Q2>  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ?&.Eg^a"  
 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) 46c0;E\9  
8;Df/ %  
HOVzpj  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd SJ:Wr{ Or3  
rf$ eg  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 vLM-v  
"=9)|{=m  
b"~Ct}6f  
BctU`.  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 ?yvjX90  
=,LhMy  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 "J3n_3+  
[2zS@p  
Bj\oo+L/  
Hp3T2|uL  
 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)。 %XZdz =B  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 .BZ3>]F3<  
OlYCw.Zu  
应用示例详细内容 ,wk %)^  
`~ R%}ID  
仿真&结果 BoPJ;6?>}  
<(2,@_~@r  
1. 结果:利用光线追迹分析 +~M`rR*  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Jgf= yri  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 j;i7.B"[  
V?Ye^ -29  
q,_ 1?A)  
3 e<sNU?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd OW8"7*irT  
pkEqd"G  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 gA:N>w&<X  
 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)。 %!Ak]|[7  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, E3o J;E  
ik|iAWy  
 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。 n$(_(&  
4krK CD>|G  
KdkZ-.  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms npdpKd+*K"  
1$ ~W~O  
3. 衍射效率的评估 -<WQ>mrB&  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 l+i9)Fc<i  
/YH5s=  
0p' =Vel{}  
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。 F;_L/8Ov1  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 0=Z_5.T>  
I:%O`F  
4. 结果:衍射级次的重叠 E;^~}  
 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。 2x&mJ}o#k  
 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)。 ,Q8)r0c  
 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。 or1D 6 *'  
 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) c_^-`7g  
 光栅方程: fo30f =^Gi  
] 6rr;S  
q!+m, !M  
H{3A6fb<  
SB' $?Kh  
5. 结果:光谱分辨率 +gQoYlso  
Jd>"g9  
<UcbBcW,  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run bC@9 */i  
@SV.F  
6. 结果:分辨钠的双波段 8P'zQ:#RV  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ^}4=pkJ;s  
   _PeBV<  
5w+X   
Q(Dp116  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ]Kb3'je  
>>C(y?g  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run H%:~&_D  
sOBy)vq?\  
7. 总结 m# ]VdO'f  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 *?Sp9PixP  
1. 仿真 f._FwD  
以光线追迹对单色仪核校。 RRGCO+)*  
2. 研究 ,U#$Qb 12  
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。 wZA(><\  
3. 应用 O67.DEu^  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 `|i[*+WC  
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。 E|jbbCZy2  
扩展阅读 ;nbUbRb  
1. 扩展阅读 7VdG6`TDR  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 i|5K4Puu  
420cJ{;A  
 开始视频 W c"f  
- 光路图介绍 Ol9'ZB|R  
- 参数运行介绍 (&U8NeWZ  
- 参数优化介绍 $6a55~h|(  
 其他测量系统示例: p9[J 9D3~  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) hi I`ot  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 9oL/oL-J/  
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