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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) w~;1R\?| 1$q SbQ 应用示例简述 ]GJIrtS4 kRTT
~ 1.系统说明 O6YYOmt3 )C<c{mjk( 光源 rts@1JY[ — 平面波(单色)用作参考光源 S$=])^ dur — 钠灯(具有钠的双重特性) &`Z>z T} 组件 [L{q — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 UCa(3p^V_ 探测器 R3jhq3F\Y — 功率 U9SByqa1 — 视觉评估 ]Yp;8#:1 建模/设计 V'mQ{[{R — 光线追迹:初始系统概览 mKvk6OC — 几何场追迹+(GFT+): ,~hvFTJI 窄带单色仪系统的仿真 y7u"a)T 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 f}Mc2PQ- H .JA)*b- 2.系统说明 {3i.U028] f-k%P$"X&
,l_"%xYx ~Ub'5M 3.系统参数 ,*+F*:o(m lOCMKaCD
'Wn'BRXq3 AcwLs%'sx -L NJ*?b 4.建模/设计结果 Ev,>_1#Xm u v%T0JA/
] L"jt8E jav7V"$ 总结 ==RYf*d U,gg@!1GJo 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 5hr$tkkL 1. 仿真 ,ZHIXylZ 以光线追迹对单色仪核校。 r,cV( 2. 研究 c/jU+,_g 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 %|*tL7 3. 应用 pV9$Vg?-H 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 B36_OH 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。 CCNrjaA h#dp_# 应用示例详细内容 D{x'k2= 系统参数 w<!F& kQB Q(
U+o- 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 xA& tVQ2! 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。 1Mn=m w &xo_93
9. 6"C<eYt -y|>#`T/ 2. 系统参数 z\Hg@J s /"&k 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。 8oK*NB29 <~@}r\
f~%|Iu1ob Y``50{7 3. 说明:平面波(参考) v*iD)k:|t }`ox;Q 采用单色平面光源用于计算和测试。 ++w7jVi9 !'8.qs
> r1cW7 9AF%Y:y 4. 说明:双线钠灯光源 BCMQ^hP}t T1%_sq F$.h+v 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。 f^Sl(^f 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)。 $ @g\wz 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 s;e%*4 #
2;6!_
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$'Q h]T 5. 说明:抛物反射镜 O$zXDxn >!sxX = < 1[p6v4qO{ 利用抛物面反射镜以避免球差。 ;}1O\nngR 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。 uE] HU Vl'Gi44)3"
xs,,)jF(u =\~<##sRJ
dyWj+N5( O:%s;p
5 6. 说明:闪耀光栅 4FQB%3>* qQjd@J}^ nl<TM96 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ;$,b
w5 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 L7\V^f%yCm 3D 4-Wo4
X'FDQoH <ks+JkW_
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Kp *I]/ [d 7. Czerny-Turner 测量原理 h'lqj0 #mKF)W 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 B703{k *!oV?N[eA'
=$mPReA3v Gb!R>WY y'L7o
V?L9 8. 光栅衍射效率 %\"<lyD !E7J Dk''@ -.xiq0 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。 }fO+b5U 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 G+7#!y Y 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) KE[!{O^(a "hid3"G
;gGq\c file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd FYs]I0}| CKI.\o 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ?}RPnf qP{Fwn
fHK.q({Qc 9U>OeTh( 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 "?%2`*\ ]*?lgwE 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 @yM$Et5 &NKb},~
CY~ S{w 60TM!\ 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 R1$s1@3I| 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 E)%DLZ \&_pI2X 应用示例详细内容 .af+h<RG4$ Um^4[rl:#g 仿真&结果 S=}1k,I hCBre5 1. 结果:利用光线追迹分析 40%fOu,u` 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 \5|MW)x 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 NX4G;+6 fUMjLA|*I<
!\VzX {p.^E5& file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd w_h{6Kc< B"YN+So 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 9(3]t}J5
d 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)。 4VF4 8 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, WeJ=]7T'L
en>n\;U 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。 IClw3^\l a,36FF~&
C7O8B; animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms R_D&"& 0!-'4+" 3. 衍射效率的评估 %QG3~b%
h 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 =r4sF!g +BeA4d8b
Pbd[gKX_ 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。 /qKA1-R}4
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ;>uB$8<_7 #+QJ5VI: 4. 结果:衍射级次的重叠 (gnN</% 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 _Pno9| VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 n}b{u@$ 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。 Nw9@E R 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) v%$l( 光栅方程: p>,D F9W`
W[I$([
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mg=, \q?^DI:` :tBe/(e4# 5. 结果:光谱分辨率 Ni8%K6]z t{g@z3
Zb=;\l*& file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ]0&X[? t{>#)5Pqv 6. 结果:分辨钠的双波段 oP`:NCj\9 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 L[ZS17;* T$`m!mQ4
~n8UN< c(uDkX 设置的光谱仪可以分辨双波长。 je@&|9h >yr;Y4y7K file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run >|, <9z`D oKYa? 7. 总结 'Kk/
J+6U 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 GMg!2CIU 1. 仿真 :-O$rm 以光线追迹对单色仪核校。 T_!F I29 2. 研究 !zt>& t 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。 ;e*okYM 3. 应用 \?oT.z5VG& 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Ux1j +}y 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。 2Y%7.YX" 扩展阅读 A
+=# 1. 扩展阅读 `y61Bz 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 w,X)g{^T pfu"vo(t_ 开始视频 g0"xG}d - 光路图介绍 ,}\LC;31, - 参数运行介绍 jI'?7@32` - 参数优化介绍 f,i2U|1pbj 其他测量系统示例: z6 }p4 - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) O:8
u^TP - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) A9N8Hav
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