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2024-11-21 07:52 |
Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真
测量系统(MSY.0003 v1.1)
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LS`` 应用示例简述 U3&GRY|## nPvys~D 1.系统说明 :7 LA/j sf2%WPK
光源 ;l!<A — 平面波(单色)用作参考光源 =,zB|sjn — 钠灯(具有钠的双重特性) } +Sp7F1q 组件 AI3x,rk# — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 >s/_B//[ 探测器 )dfhy — 功率 Kuh3.1#o — 视觉评估 lU!_V%n 建模/设计 h.K"v5I* — 光线追迹:初始系统概览 2z
!05]B% — 几何场追迹+(GFT+): 3}\ z&| 窄带单色仪系统的仿真 YT8q0BR] 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 GY?u+|Q @@*x/"GJG 2.系统说明 6V$ )ym*F ied1+H
a k5D 8F>9CO:&N 3.系统参数 -KC@M NTq_"`JjZ
Nsh/ k5K5OpY ^&&Wv'7XQ 4.建模/设计结果 ykbfK$jz
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~"%'(j_4 !B Pm{_C 总结 0B8Wf/j?M uT=r*p(v 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 *
;sz/. 1. 仿真 <k8WnA ~Fl 以光线追迹对单色仪核校。 =LLpJ+ 2. 研究 fLs>|Rh 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 >QYx9`x& 3. 应用 F-ZTy"z 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ;R0LJApey 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 {wM<i
GpTZp#~; 应用示例详细内容 vmNo~clt\ 系统参数 Xbmsq,*] neu<zSS 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 rPy,PQG2w Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 5yt= ~ l4$ sku-
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bb 2. 系统参数 .*6NqX$ {i=V:$_# 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。 bK }ZR*) !D1#3?L
#xx.yn(7 ~m<K5K6 V 3. 说明:平面波(参考) G0h&0e{w *PlKl_nP6 采用单色平面光源用于计算和测试。 r{?qvl!q BYdGK@ouk
KW'nW U*{0, Ue' 4. 说明:双线钠灯光源 Pi1LOCq 4P?`<K' f%n ;Z}= 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。 f9UDH8X 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)。 -}4CY\d6' 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 HABUf^~- fX:q]
T]Q4=xsv #\N8E-d 5. 说明:抛物反射镜 k;<@2C eK(k;$4\^Y Chl^LEN: 利用抛物面反射镜以避免球差。 13 L&f\b 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 jQ7;-9/~N bbS,pid1
Zc38ht\r; Jm)7!W%3
,
0X J|#% m["e7>9G 6. 说明:闪耀光栅 AXxyB"7A} d]K8*a%[- ~Fo2M wE2~ 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 f
uU" 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 s\~j,$Mm2 3%Q<K=jy
9G6ZKqum e/x 9@1s#
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L;g2ZoqIr0 7. Czerny-Turner 测量原理 I m-M2n %j@/Tx/ 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。 0iC5, e]>=;Zn
_d7;Z% % &H^UxC ^^
SMr l 8. 光栅衍射效率 1NZpd'$c EJz!#f~ T
;84Sv VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 =n=!s{A:t 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 e\aW~zs 2 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) SR.xI:}4 H/ e jO_{
-;6uN\gq file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd DfGq m-c &)Zv>P8z` 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Nk%$;Si p|qLr9\A
hxJKYU^%m uF3{FYM{I 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 B
k\KG I)jAdd 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 i&m6;>?` ]C+PJ:CC
t]vv&vk> @@R&OR 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)。 O1X) 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 |FaK=e %< ;u
JP K 应用示例详细内容 ;InMgo, 45Zh8 k 仿真&结果 9T$%^H9 .*595SuF 1. 结果:利用光线追迹分析 MVQ6I/EA4 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 (}T},ygQ 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 #@V<{/;49 DuAix)#FN9
I_?R(V[9 g hkV^ [ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd D'D IC OFcP4hDi 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 wUg=jnY 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)。 c":2<:D& 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, I3Z\]BI
|z@AvS[ 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。 y fuH EN}4-P/5
]<%NX
$9\ animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 7FaF]G /{[tU-}qJ 3. 衍射效率的评估 (bNoe(<qU 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 jgEYlZ NYxL7 :9
+uNMyVH 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。 z~2;u5S& file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd A 3q#,% x=\W TC 4. 结果:衍射级次的重叠 *cXi*7|= 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。 z}r 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)。 sQrM"i0Y> 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。 \SgBI/L^ 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) ;3Z?MQe"NQ 光栅方程: ofYZ!-V 'c/8|9jX
gHXvmR" 0E3;f;'X Sq2 8=1% 5. 结果:光谱分辨率 vQoZk, \x\(36\u
va#].4_ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 4]
u\5K- AS4oz:B 6. 结果:分辨钠的双波段 (A?w|/bZd 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 yS?5&oMl >B$ IrM7J
NOAz"m+o (2 hI 设置的光谱仪可以分辨双波长。 i\4YT r, ][ 8`}ki 1 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 11 A$#\, 9A`^ ( 7. 总结 tC=K;zsXpz 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ^`$-c9M?' 1. 仿真 anKflt3 以光线追迹对单色仪核校。 J'&K 2. 研究 ;<F^&/a|yQ 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。 ),%@X 3. 应用 ! bwy/A 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 *u[@C 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。 NUuIhB+ 扩展阅读 V72?E%d0 1. 扩展阅读 NXS$w{^ 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 vZqW,GDfXo :hf%6N='kI 开始视频 pQ ul0] - 光路图介绍 f$?`50D"1 - 参数运行介绍 ij}{H#0S- - 参数优化介绍 VEL!-e^X& 其他测量系统示例: Hr}\-$ - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 6OtNWbB - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) a]8W32
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