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2023-04-11 08:39 |
Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真
测量系统(MSY.0003 v1.1) .35~+aqC T#E$sZ 应用示例简述 ytjZ7J['{
<HN+pi 1.系统说明
^v cnDi HQ"
trV 光源 V;"2=)X — 平面波(单色)用作参考光源 q0Q[]|L — 钠灯(具有钠的双重特性) .ve_If-Hg 组件 etiUt~W — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 )j~{P 探测器 |9]-_a — 功率 qCfEv4 — 视觉评估 r,0D I 建模/设计 24? _k]Y — 光线追迹:初始系统概览 i7r)9^y — 几何场追迹+(GFT+): L
FJ@4]%V 窄带单色仪系统的仿真 7sOAaWx 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 \ moLQ g |?}a]G 2.系统说明 Xn%7{%;h GQY"
+xa8]
R=E4Sh iJOG"gI& 3.系统参数 uj.$GAtO) (_@5V_U
tugIOA { >[ ]iX )^s>2 1 4.建模/设计结果 mH ju$d ArAe=m!u
&ZC{ _t 85Yi2+8f4 总结 BF gxa#De U!o 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 $poIWJM c 1. 仿真 ciml:"nQ 以光线追迹对单色仪核校。 R$
+RTG:E 2. 研究 !]g[u3O 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。 l:eC+[_;> 3. 应用 *v K~t|z 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 E Zf|>^N 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。 8\'tfHL =UK:83R( 应用示例详细内容 *kK +Nvt8s 系统参数 /N*<Fq7w~ L3wj vq^ 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 8gE p5 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。 R0*P,~L;| NJr)f
XBCHJj]k ;r"r1'a+@ 2. 系统参数 b' M"To@ ,~Xe#eM 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。 O]hUOc`k 'h6G"=+
v+Y^mV`| sgK =eBE 3. 说明:平面波(参考) FO_}9 <s LsIZeL^ 采用单色平面光源用于计算和测试。 c)^A|{,G sB*dv06b0
oi7k#^ dZ(Z]`L,B 4. 说明:双线钠灯光源 &0Y
|pY
(9aOET>GG ~?b1x+soV 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。 eza"<uBr 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)。 <HRPloVKo 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 bIBF2m4 1=IOio4U
|iBf6smF ZR3,dW6S 5. 说明:抛物反射镜 MYara;k uQ[,^Ee&/ lc5(^~ 利用抛物面反射镜以避免球差。 {4vWSb 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。 fI0"#iv} m)<+?Bv y
_7:Bxx4B %4x0^<k~
~x'8T!M{ Z*q&^/N 6. 说明:闪耀光栅 JLWm9c+UTG a6z0p%sIZ Z P|k3
采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 |*zgX]-+; 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 RF2I_4 '*Dp2Y{7
P6> C+T1 ke W7pN?
UJL'4 t/ \^y~w~g? 7. Czerny-Turner 测量原理 vYXh WqL~ PuZzl%i
P3 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。 Z7y%
'Bt!X^
1qn/*9W}= { GCp5 ;DZj.|Sj+ 8. 光栅衍射效率 S\I+UeFkf => 'j_| q*4@d)_& 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。 \+U;$.)3 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 c%b|+4
}x 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) -9+$z|K *tpS6{4=#7
{y@8E>y5$ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 1l^[%0 e"sv_$* 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 B!)9
> M{)eA<6
ircL/: Xs$a^zZ 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 V{>;Z vj1R Rd;t}E$ 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 C{l-l`: ft{i6}
ZK2&l8 Imzh`SI, 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)。 8?<J,zu@AV 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 jc>B^mqx l&W:t9o 应用示例详细内容 XD!}uDZ^ :D2GLq *\ 仿真&结果 bqF?!t<B $'!n4}$} 1. 结果:利用光线追迹分析 Xooh00 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 T51oNO%^ 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ~pI`_3 D"fjk1
qnd] UUA^ "<&o;x< file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd r}|)oG,= NX;{L#lQ 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 -s0J8b 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)。 v{1g`E 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, MD4mh2
e+2lus,u6t 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。 :=q9ay 0&&P+adk
;U tEHvE* animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 0f+]I=1\ l:#'i`; 3. 衍射效率的评估 'rfsrZ? 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 &
}"I! b*nI0/cbR.
#:MoZw`rlw 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。 Skux&'N: file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd xAn|OSe %md9ou` 4. 结果:衍射级次的重叠 b3GTsX\2| 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。 9]{Ss$W3x VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 F?y
C= 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 9(Kff nE^ 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 0r&FH$ 光栅方程: |NjyO>@Pa VF7H0XR/k5
<`A!9+ ^ilgd +$^[r 5. 结果:光谱分辨率 6p,}?6^ k5)IBO
')fIa2dO/ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run HE2t0sAYX *Hh*!ePp 6. 结果:分辨钠的双波段 aJ]t1 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 r9-)+R
J $7Lcn9?G
T?-K}PUcQ )B5U0iIi 设置的光谱仪可以分辨双波长。 <(~geN n2(\pQKm file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run k@9q5lu;T MY&?*pV) 7. 总结 D6FG$SV 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 qMBEJ<o 1. 仿真 /q`f3OV" 以光线追迹对单色仪核校。 :\1vy5 _ 2. 研究 DsiyN: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。 J \I`# 3. 应用 wmX * n'l 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 JCITIjD7= 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。 1a},(ZcdX 扩展阅读 fhQ N;7 1. 扩展阅读 ??P>HVx 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 hN1{?PQ }GGH:v 开始视频 8 A #\V - 光路图介绍 mw=keY9] - 参数运行介绍 A^ry|4`3( - 参数优化介绍 ?vP}#N!=d 其他测量系统示例: & =vi]z:[ - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) DTx>^<Tk - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) EPeV1$
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