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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) -[cTx[Z,  
vEJWFoeEFm  
应用示例简述 wne,e's}   
OX\A|$GS  
1.系统说明 kqFP)!37  
wB.&}p9p  
 光源 02 c':a=7  
— 平面波(单色)用作参考光源 KrQ1GepJ  
— 钠灯(具有钠的双重特性) A~)D[CV  
 组件 lhy*h_>  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 E7rDa1  
 探测器 hb}+A=A=+  
— 功率 aDU<wxnSvO  
— 视觉评估 E|iQc8gr&  
 建模/设计 'uBu6G  
— 光线追迹:初始系统概览 9Z4nAc  
— 几何场追迹+(GFT+): jIJ~QpNE  
 窄带单色仪系统的仿真 nLXlU*ES  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 KVclhT<F  
fp`;U_-&0  
2.系统说明 k>;`FFQU>  
F1*>y  
uXn1 'K<'2  
y [}.yyye  
3.系统参数 ofm#'7P 0  
g6j?,c|y  
,E S0NA  
-t!~%_WCv  
l+KY)6o  
4.建模/设计结果 d; boIP`M;  
TM%| '^)  
*/`ki;\A  
?9 <:QE;I>  
总结 >mwlsL~X  
0"<H;7K#W  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 E(>=rD/+  
1. 仿真 ,Vc6Gwm  
以光线追迹对单色仪核校。 BC^ :=  
2. 研究 9ijfRqI=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。 J,'M4O\S  
3. 应用 <cps2*'  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 , qMzWa  
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。 +}Dw3;W}m  
YvaK0p0Z  
应用示例详细内容 R@1xt@?  
系统参数 <FV1Wz  
.s?L^Z^  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 &* M!lxDN  
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。 Acez'@z  
q+yQwX{  
8'HEms  
BtkOnbz8X  
2. 系统参数 Ua:}Vn&!  
KLST\ Ln:  
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。 cuax;0{%  
p $S*dr  
l!D}3jD  
5'OrHk;u  
3. 说明:平面波(参考) c[0}AG J  
Z@4Ar fl  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Vr3Zu{&2  
lU8l}Ndz"  
pC#E_*49  
W: z6Koc0  
4. 说明:双线钠灯光源 Zu*F#s!tUI  
j*|VctM  
yuh *  
 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。 E^ B'4  
 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)。 &l}^iP'%!  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 P\E<9*V  
Yj&F;_~   
u+9hL4  
)HEa<P^kJl  
5. 说明:抛物反射镜 5?f ^Rz  
/J]5H  
1.}d.t  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 %Hu5K>ZNYp  
 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。 `aOFs+<)  
tR# OjkvX  
2R[:]-b  
&)QX7*H  
]_)yIi"  
]=\].% >  
6. 说明:闪耀光栅 Sh/08+@+L:  
x'8x   
 {y)=eX9  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ]}V<*f  
 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 0 j^Kgx  
4j-Xi  
-{("mR&]  
N:^n('U&j  
AzPu)  
y#`tgJ:  
7. Czerny-Turner 测量原理 G?yLo 'Ulo  
P?%s #I:  
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。 ___~D dq  
^vZSUfS  
1 s\Wtw:  
[|v][Hwv  
(|2t#'m  
8. 光栅衍射效率 ]>!K3kB  
aHD]k8 m z  
9p]QM)M  
 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。 !M(xG%M-V  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 Ao 'l"-  
 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) rm7ANMB:  
EAUEQk?9  
X;$+,&M"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd #`^}PuQ  
;[ZEDF5H  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 @@f"%2ZR[  
yWmJ~/*lG  
nkPh,X\N0  
9+|$$)  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 R*, MfV  
$t+,Tav  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 b1I]>\  
=nHUs1rKn  
(g]!J_Z"  
.xCZ1|+gG  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 gb1V~  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 }:zE< bK  
%UrueMEO  
应用示例详细内容 }dX*[I   
U gat1Pz  
仿真&结果 \  #F  
hgG9m[?K  
1. 结果:利用光线追迹分析 ic:zsuEm  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 '@v\{ l  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 #~]zhHI  
Fe*R  
VD*6g%p  
"S[450%  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd u,ho7ht3(  
h,:m~0gmj  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 LBeF&sb6  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 |d2SIyUc  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, K-)] 1BG  
>Er|Jxy  
 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 bW427B0  
6_o*y8s.  
3DX*gsx(  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 8Al{+gx@?  
n&4N[Qlv,  
3. 衍射效率的评估 :LQYo'@yB  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。  tU5zF.%  
QW~E&B%  
QE+g j8  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 `,(4]tlL  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd bSlF=jT[S  
%A/0 '  
4. 结果:衍射级次的重叠 L<cx:Vz  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 H7Rx>h_  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 C3f' {}  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 "S]0  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) q[_Vu A]&  
 光栅方程: e)k9dOR  
}-{H  Y  
3*XNV  
D/gw .XYL  
C==hox7b  
5. 结果:光谱分辨率 k .;j  
ub0.J#j@  
sE<V5`Z=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Et_bH%0  
Y]_ruDIW  
6. 结果:分辨钠的双波段 gs[uD5oo<  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 k"%~"9  
   eKgBy8tNS0  
,-LwtePJ0  
tS5hv@9cWx  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 r +i($ jMs  
wmL'F:UP  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run jOunWv|  
8'[7 )I=  
7. 总结 x+:UN'"r  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 \)904W5R  
1. 仿真 =o(5_S.u;  
以光线追迹对单色仪核校。 =ho}oL,ZO  
2. 研究 ^mDe08. %b  
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。 0S_~\t  
3. 应用 gCS<iBT(7  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 #Y`~(K47  
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。 $9#H04.x  
扩展阅读 ~ 'cmSiz-  
1. 扩展阅读 7kLz[N6Ll  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 KP^V>9q  
jD]~ AwRJ  
 开始视频 ZY={8T@  
- 光路图介绍 wk D^r(hiH  
- 参数运行介绍 jXx<`I+]  
- 参数优化介绍 @f~RdO3  
 其他测量系统示例: 3{64 @s  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) S~bOUdV Z  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) TDKki(o=~  
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