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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) p9\*n5{  
E vY^]M_U  
应用示例简述 %FqQ+0^  
\WdSj  
1.系统说明 }|M:MJ`  
*h).V&::O  
 光源 9FNsW$b?  
— 平面波(单色)用作参考光源 g6.I~o Q j  
— 钠灯(具有钠的双重特性) &AeNrtGu  
 组件 8gt*`]I  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 &e*@:5Z:k  
 探测器 6r@>n_6LY  
— 功率 DVg$rm`  
— 视觉评估 4 eSFpy1  
 建模/设计 $txF|Fj]^A  
— 光线追迹:初始系统概览 Ayn$,  
— 几何场追迹+(GFT+): lS p"(&  
 窄带单色仪系统的仿真 ./'d^9{  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Kf$(7FT'`  
1L7^g*  
2.系统说明 #D{Eq8dp  
/S~ =qodS  
FK-q-PKO#.  
%" l;  
3.系统参数 ;9ChBA  
BOy&3.h5?  
2cGiE{  
mtE+}b@(!&  
0fUsERr1*  
4.建模/设计结果 _T8S4s8q  
D8Mq '$-  
O%F*i2I:+k  
yn<J>e  
总结 Ix@B*Xz:`  
,D<U PtPQ  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 0mmHN`<  
1. 仿真 BxQ,T@  
以光线追迹对单色仪核校。 UH\{:@GjNO  
2. 研究 Pq(LW(  
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。 ^~bd AO81  
3. 应用 ke<5]&x  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 7 &%#bMnw  
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。 b9-3  
oZl%0Uy?9I  
应用示例详细内容 ^\J-LU|"B  
系统参数 yA_ly <  
m9&%A0  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 jWh)bsqI!  
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。 YH^@8   
E:PPb9Kd  
=d:3]M^  
u3wd~.  
2. 系统参数 #,XZ@u+  
2*Pk1 vrI  
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。 "sY}@Q7  
,7k1n{C)  
~kDJ-V  
l7@cov  
3. 说明:平面波(参考) &1`Y&x:p  
WQD:~*C:  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Wyeb1  
j*4:4B%  
>dD$GD{  
I,)\506  
4. 说明:双线钠灯光源 X{6a  
+Kg }R5+  
asLrXGGyT  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 j?k|-0  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 2Yd@ V}  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 y*US^HJOZ  
Ip)u6We>I  
v '^}zO  
8IBr#+0  
5. 说明:抛物反射镜 <X1 lq9 lW  
X-TGrdoX  
y c 8 h}`  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 "5sA&^_#_  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 gNA!)}m\  
,IE.8h)H  
X')l04P@%  
V d]7v  
ux| QGT2LY  
3?L[ohKH?:  
6. 说明:闪耀光栅 DBLM0*B  
%^nNt:N0  
Fpeokr"i  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 gG}H5uN  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 LXhR"PWZM\  
8ZM#.yB B  
*rHz/& ,  
6iF&!Fd>J  
|>m'szca4  
c14d0x{  
7. Czerny-Turner 测量原理 HJ0;BD.]  
|_-w{2K  
通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 F[!%,-*  
tns8B  
k_zn>aR$F  
`YE= B{q  
vNl)ltzJF  
8. 光栅衍射效率 $ Y^0l  
[C<K~  
fqq4Qc)#U&  
 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。 3 v.8  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 iF837ng5  
 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) M+HhTW;I=  
,9_O4O%  
DG0I- "s  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd :l1-s]  
[{)Z^  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 M6^ \LtFt  
{2D|,yH=  
d!Gy#<H  
]j6K3  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 Tcc83_Iq  
P3Lsfi.  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图  G +41D  
.s!0S-RkC  
V@b7$z  
X"r.*fb;N  
 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)。 WWZ<[[ >  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Hc8He!X*#  
_od /)#  
应用示例详细内容 j2u'5kJ G  
UntFkoO  
仿真&结果 S<cz2FlV  
% -AcA  
1. 结果:利用光线追迹分析 Jvsy 6R  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 D M+MBK  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 cRD;a?0/6s  
dh [kx  
ge6S_"  
8sc2r  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ytjZ7J['{  
<HN+pi  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 ^v cnDi  
 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)。 F~ \ONO5  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, }zsIp,  
+_cigxpTc  
 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。 HR8YPU5  
A%F8w'8(  
c$2kR:  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms -Fn/=  
xR&:]M[Vg  
3. 衍射效率的评估 HJ]e%og  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 hZL!%sL7  
K{/i2^4  
qK#"uU8B  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 ht]n*  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd %aK[Yvo6  
FZ+2{wIV^  
4. 结果:衍射级次的重叠 @-\=`#C**  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 .d^8?vo  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ecz-jZ! `  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 /}>8|#U3y  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 5YNAb/! !F  
 光栅方程: m?B=?;B9#  
Ot`%5<E^  
#<9'{i3  
a6./;OC  
3!gz^[!?EN  
5. 结果:光谱分辨率 m[2[9 bQ0  
Cy6!?Mik  
.[]S!@+%  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run H,w8+vZ4\  
cyB+(jLHDs  
6. 结果:分辨钠的双波段 NcF>}f,}\  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 =0Y0o_  
   E=,5%>C0#%  
OF']-  
mIYKzu_k=  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 c|9g=DjK  
ojf6@p_  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run XdV>6<gf{  
~zac.:a8  
7. 总结 S$fS|N3]%  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 D3dh,&KO\  
1. 仿真 R--s u:  
以光线追迹对单色仪核校。 rCA!b"C2  
2. 研究 Nh^I{%.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。 8WP"~Js!  
3. 应用 H@wjZ;R  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 U9b[t  
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。 S>(xx"Ia  
扩展阅读 r^C(|Vx  
1. 扩展阅读 T?!SEblP]  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 SWI\;:k  
;0oL*d[1Z  
 开始视频 &(, &mE  
- 光路图介绍 YB7A5  
- 参数运行介绍 Hkia&nz'3  
- 参数优化介绍 4 5.g;  
 其他测量系统示例: R,PN?aj  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) af>i  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) LsIZeL^  
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