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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) bl yU53g q(xr5iuP_ 应用示例简述 a4aM.o ?TTtGbvU 1.系统说明 ~;$,h ET 2[}
O: 光源 &GYnGrw?@ — 平面波(单色)用作参考光源 ;\a?xtIy — 钠灯(具有钠的双重特性) lgrD~Y (x 组件 XNbeYj — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 e7tp4M9!% 探测器 pY.R?\ — 功率 SzXR],dA — 视觉评估 M]|tXo$? 建模/设计 Z:eB9R#2y — 光线追迹:初始系统概览 k0r93xa — 几何场追迹+(GFT+): b:B+x6M 窄带单色仪系统的仿真 0MpZdJ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 YOOcHo.F cvOCBg38BH 2.系统说明 m4\e`nl xB4}9zN s
nIZ;N!r=i <cm(QNdcC 3.系统参数 65 ]>6D43 ~aBf.
E)>.2{]C> 'Nkd * wF=?EK(;P{ 4.建模/设计结果 B<$(Nb5< iHa:6
<S ae:m4 m+|yk.md 总结 MD9 8N{+[| Z1}@N/>> 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 1u8 k} 1. 仿真 $U=j<^R}a 以光线追迹对单色仪核校。 :%[mc-6. 2. 研究 ~n=oPm$pR 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。 -#Bk 3. 应用 jhR`%aH4 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 +7\"^D 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。 +-r ~-b s Uee(1 应用示例详细内容 f/95}6M 系统参数 #_SsSD=.Sy ?ESsma6 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 KPjC<9sby 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。 N&yr?b'!-* "|Gr3 sD
1'B& e) Y(RB@+67 2. 系统参数 9ls*L!Jw ??#SQSU 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。 RNo~}# sTS/]"l
M ]Hf>7p dI+Y1Vq 3. 说明:平面波(参考) LzTdi%u$0| 7#&e0fw/I 采用单色平面光源用于计算和测试。
"F=ta }U'VVPh_
{TXfi'\ S2jn pf} 4. 说明:双线钠灯光源 +'/C(5y)0X 3a?|}zr4 []jbzVwS2 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 wQ^RXbJI9 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 EQtY b"_ 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 k:F{U^!p| a>Wr2gPko
bkuJN% Tb:6IC7=" 5. 说明:抛物反射镜 WjBH2 v */HW]x|?V~ 2>[xe 利用抛物面反射镜以避免球差。 >,ABE2t5 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 Cg(&WJw(ep sXmP<c
1N[9\Yi }_BNi;H
T>pyYF1Q 2bOl`{x 6. 说明:闪耀光栅 AJ3%Z$JJ;s z=TOGP( \.'[!GE *c 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 p, T4BO 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 OdpHF~(Y/ ^xgqs $`7
W&k@p9 0NK|3]p
|/ji'Bh )HcLpoEi 7. Czerny-Turner 测量原理 u* G+=aV.6 $<9u:.9xf 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 \a4X},h\ JZK93R
S['cX ~ +/bD9x1H P4zwTEk` 8. 光栅衍射效率 h@z0 x4_]) q65]bs4M vN:!{)~z VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 CG95ScrX 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ~%2yDhdQ 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) 9)8Cf%<( !9{UBAh
puLgc$? file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 1]9w9!j -k@1#c+z 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 EDuH+/:n w5^k84vye
+hKs ,
@!X!L 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 I:HrBhI)wP 8rx|7 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 "h #/b}/ 93Zij<bH?e
^BM !TQ%! ' <xE0< 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)。 cly} [<w! 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 '9=b@SaAj &2U%/JqY 应用示例详细内容 SQhVdYU1' *u:,@io7'G 仿真&结果 G"m?2$^-A OR*JWW[] 1. 结果:利用光线追迹分析 d3|/&gDBK 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Te[v+jgLY, 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 "M@&*<S IuT)?S7O*k
1Y&W>p i]N<xcF9N* file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd o2=):2x
r{ d:w/{m%# 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 <i4]qO(0u 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 Kc95yt 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 6PYm?i=p?
sQj]#/yK: 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 vy}_aD{B ;HH%OfQq
39hep8+ animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms h]L.6G|hEN 8nu!5 3 3. 衍射效率的评估 ,(a~vqNQW3 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 [qW%H,_ |!9xL*A
Q(cLi:)X2 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 U65l o[ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd "?F[]8F.b vPGUE`!D+ 4. 结果:衍射级次的重叠 >zDQt7+g; 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 6)ibXbH VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 OdZ/ \_Z 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 Xz^k.4 Y{4 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) -(F}=o' 光栅方程: k(pJVez n@ SUu7o
05k'TqT{c >\^oCbqF}~ b@&uwS v 5. 结果:光谱分辨率 @--"u_[ zn 0y`9!n?
=.;ib6M file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run C4$P#DZT^ S*=^I2; 6. 结果:分辨钠的双波段 3o[(pfcU 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 hHTt-x# ULxQyY;32
)I3E yNXYS 设置的光谱仪可以分辨双波长。 $.pCoS]i ]
1pIIX} file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run i8k} B
o ]T'8O` 7. 总结 :0Jn`Ds4o 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 S+~;PmN9qL 1. 仿真 G-2~$ u 以光线追迹对单色仪核校。 eu" m0Q 2. 研究 .pWRV<25 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。 p?>J86%[ 3. 应用 "hI"4xSg 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 hBX.GFnw 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。 VD7-; 扩展阅读 P$Vh{]4i{ 1. 扩展阅读 APF`b 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 y>0 @. o.NU"$\? 开始视频 +58^{_k+% - 光路图介绍 rgCC3TX - 参数运行介绍 *5BVL_:~J - 参数优化介绍 -XL?n/M 其他测量系统示例: VnSO>O - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) YToG'#qs - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) zeQ~'ao<
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