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) [t
/hjm"$ )L`0VTw'M 应用示例简述 EpeTfD @R?S-*o 1.系统说明 5-}4jwk C} +w< 光源 jd=k[Yqr — 平面波(单色)用作参考光源 q]tPsX5{* — 钠灯(具有钠的双重特性)
8J%^gy>m] 组件 1P4jdp=~ — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 jjkiic+tDN 探测器 &?*M+q34 — 功率 x9
<cT' — 视觉评估 ~xu<xy@E 建模/设计 RNiZ2: — 光线追迹:初始系统概览 y1/$dn — 几何场追迹+(GFT+): l.lXto.6) 窄带单色仪系统的仿真 -.1x! ~.jX 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 'uBW1, _ EHr?b2 2.系统说明 5>q|c`&}E \no[>L]
dV8mI,h 1Af~6jz 3.系统参数 +is;$1rq U=p,drF,A
<r,l IR|AlIv ld4QhZia 4.建模/设计结果 gec<5Ewg N9Yc\?_NU_
y_38;8ex qp_kILo~ 总结 v-X1if1% |~W!Y\l- 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 2Q)"~3 1. 仿真 v'S}&zmF] 以光线追迹对单色仪核校。 xRJv_=dT 2. 研究 wnP#.[,V 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 WtFv"$V 3. 应用 |SZRO,7x 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 E:(flW= 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。 \QstcsEt uOEy}&fH 应用示例详细内容 f$NudG!S 系统参数 1-1x,U7w &
p"ks8" 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 'AE)&56 Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 1fm\5/}'`1 t*<.^+Vd
fnG&29x )Rn}4)9!iT 2. 系统参数 *;(LKRV ,;'9PsIS^ 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 IR?ICXmtx qXkc~{W_
#]oVVf_ Z+=W gEu1 3. 说明:平面波(参考) pN&5vu30 OOGqtA; 采用单色平面光源用于计算和测试。 A{Z=[]r1`E B8'" ^a^&-
ce/Rzid >0=` 3X|Y7 4. 说明:双线钠灯光源 uR|Jn)/m( ,o]"G[Jk vAbMU 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 D:U:( pg 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 G?{BVWtl} 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 H*!j\|v0 [2gK^o&t
KTD# a1W h )"PPI 5. 说明:抛物反射镜 @mW: FVI :seo0w] I&U?8 利用抛物面反射镜以避免球差。 zy~vw6vu 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 Pk7Yq:avL qgvg
MWj
lV:R8^d DKAqQ?fS
9; H R 'xm _oGWE 6. 说明:闪耀光栅 OWxYV$ _|bIl%W;\' "GEJ9_a[ 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 M2(+}gv;7p 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 ^rMkCA@;TZ ='q:Io?T
bX:Y5o49
+N:K V}K
BK]bSj `/#f8R1g 7. Czerny-Turner 测量原理 fHCLsI Q>] iRx>MZ 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。 \Y_2Z/ N W :_)1
Mf
Dna>,Y "~0m_brf Q<3=s6@T 8. 光栅衍射效率 cu5Yvp q{HfT
d t8DySFT 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。 o_p#sdt" 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 s]Nh9h 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) uIvy1h9m vyP3]+n
9E4H`[EQ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 0W<:3+|n4 3`S|I_$(T" 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 T$5u+4>" 0f}zm8p7.
1Y:lFGoe l)<
'1dqe 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 'VcZ_m: @.;] $N&J 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 y.AVH`_u RO+B/)~0<
zZ&L# `,gGmh 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 u@tJu'X 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 0OO$(R* / PDe<p 应用示例详细内容 e>vV8a\ 3e4; '5q; 仿真&结果 2A7g}V T+ey>[ 1. 结果:利用光线追迹分析 GO{o #} 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 k~Qb"6n2 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 1t haQ" P0NGjS|Z{
@RGVcfCG) 1ThONrxu file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd >Y=HP&A< /HbxY 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 7?a@i;E< 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)。 }6ObQa43 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, rq bX9M^
?tS=rqc8oW 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。 P=PcO> )';Rb$<Qn
~nJcHJ1nb4 animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 7Gb1[3 SFCKD/8 3. 衍射效率的评估 1T:M?N8J 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 m8'B7|s ^*.S7.;2o
PkA_uDhw 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Ah:! file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd *)0bifw$& VeK^hz
R^Z 4. 结果:衍射级次的重叠 *fyC@fI> 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。 EOJ k7 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)。 qj*IKS 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。 > w:+nG/r 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) 4/YEkD 光栅方程: \`?#V xz 0"q_c-_Bg
62lG,y_L N2:};a[ui5 YI05?J} 5. 结果:光谱分辨率 M`IiK+IoU KWtLrZ(j
[U+6Tj, file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run n+Ofbiz@ %-ih$ZY 6. 结果:分辨钠的双波段 p;Ezmz 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 -L e:%q2 c@u)m}V
{!5"Y(>X 'Gwa[ |6i 设置的光谱仪可以分辨双波长。 9F+i+(\,b K..L8#SC file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run KV1zx(WI ]D|sQPi]F 7. 总结 bg.f';C 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 jP'.a. ^o$ 1. 仿真 klHOAb1 以光线追迹对单色仪核校。 bz!9\D|h 2. 研究 48X;'b,h 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。 &t)dE7u5 3. 应用 tln*Baq 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 TAz#e 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。 i8R.Wl$l 扩展阅读 x`N_tWZ 1. 扩展阅读 6GVj13Nr 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 gM=oH
A:Y]<jt 开始视频 WK7=z3mu - 光路图介绍 WBTdQG
Q6 - 参数运行介绍 "0Xa?z8" - 参数优化介绍 ~F7 +R 其他测量系统示例: ,a_F[uK - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 7{=<_ - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) GRpS^%8i@
|
|