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infotek 2024-11-21 07:52

Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真

测量系统(MSY.0003 v1.1) -r%4,4  
^_FB .y%  
应用示例简述 X yi[z tN  
TVVL1wZ  
1.系统说明 ?+-uF }  
Ua^#.K  
 光源 -a:+ h\K  
— 平面波(单色)用作参考光源 3!_XFV  
— 钠灯(具有钠的双重特性) R;+vE'&CO  
 组件 :o$k(X7a  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 '0QrM,B9  
 探测器 ;&B;RUUnTO  
— 功率 E.V#Bk=  
— 视觉评估 H_gY)m  
 建模/设计 \"!Fw)wj  
— 光线追迹:初始系统概览 ,l-tLc  
— 几何场追迹+(GFT+): x6Q,$B  
 窄带单色仪系统的仿真 l-` M 9#  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 .U.Knn  
WGwpryaya  
2.系统说明 wlc Cz  
d{^9` J'  
e UMOV]h  
;Fw{p{7<  
3.系统参数 K q;X(&Z  
VF8pH <  
;vM&se63  
zN2CI6  
_a?c,<A  
4.建模/设计结果 * E$&  
Q<4Sd:P`"  
%K0 H?^.  
FbH 1yz  
总结 ~mAv)JK  
h- )tWJ c  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 4%k{vo5i  
1. 仿真 #0OW0:Q  
以光线追迹对单色仪核校。 tf1iRXf8  
2. 研究 `h%(ZG ~  
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。 )4h4ql W  
3. 应用 f]c{,LFvZ  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性  {yXpBS  
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。 g!/O)X3  
ScN'|Ia.-  
应用示例详细内容 [wp(s2=  
系统参数 v#/k`x\  
. W ~&d_n  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 k*xMe-  
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。 7T[Kjn^{Oj  
X*'i1)_h  
P*=M?:Jb,  
BqoGHg4iq  
2. 系统参数 EV=/'f[++  
xWC*DKV  
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。 yRd[ $p  
MS7rD%(,'  
4%refqWK  
4$~A%JN3  
3. 说明:平面波(参考) Q)mYy  
t3P$UR%  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 9E`Laf  
5t=7-  
jWpm"C  
\mp2LICQg  
4. 说明:双线钠灯光源 >`E (K X  
A,PF#G(  
>6X$iBb0  
 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。 8uh^%La8b.  
 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)。 h#:_GNuF  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 lf`" (:./  
NuEcTww  
 4:Ton  
%fJ~ 3mu  
5. 说明:抛物反射镜 @IE.@1  
i>j(Dsv  
x<Ac\Cx  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 . DrGr:UW  
 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。 h/s8".\  
8wH1x .  
&s0_^5B0  
q1Sr#h|  
+,q#'wSQG  
&P pb2  
6. 说明:闪耀光栅 Pl/B#Sbf'  
z*ly`-!  
P*!~Z *"  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ^ }kqAmr  
 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 ,DIr&5>p2  
!n^7&Y[N;  
5>\Lk>rI  
K3;~|U-l  
;659E_y>  
49!(Sa_]j  
7. Czerny-Turner 测量原理 P;bOtT --  
yc7 "tptfF  
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。 oAt{ #v  
HO}eu  
o>^ @s4t  
U6IvN@ g  
cv7.=*Kb;  
8. 光栅衍射效率 M <K}H8?  
70F(`;  
&BOG&ot  
 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。 undH{w=  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 R<Uu(-O-  
 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) CyKupJ.Fq  
=<.h.n  
1SG^g*mf  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd G\C>fwrP_  
$h|8z  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 jRBKy8?[C  
g{e@I;F  
]L;X Aj?  
#gSIa6z1W  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 S]<%^W'  
1#V&'A  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 MT^krv(G  
4<A+Tf  
*?R<gWCF  
&eFv~9  
 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)。 +i(;@% kv  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 4mci@1K#^  
df8aM<&m3  
应用示例详细内容 Lw<%?F (  
G|LcTV  
仿真&结果 D {N,7kT  
p K hV<MFB  
1. 结果:利用光线追迹分析 (;2]`D [x  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 NaC}KI`  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 5^ e|802  
]-8yZWal  
=P`l+k3  
e$4$G<8;y  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd WoD Qg64  
;hkzL_' E)  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 I`[s(C>3@  
 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)。 9D H}6fO  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, *:,y`!F=y  
*6QmYq6c<  
 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。 Qe4"a*l-r  
}^Ky)**  
P7y.:%DGD0  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms B+n(K+  
&)F# cVB  
3. 衍射效率的评估 i4\m/&of3y  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 (a@}J.lL  
zf?U q  
)kt,E}609  
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。 f4lC*nCN  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd b:YyzOqEu  
T)#eaz$4W  
4. 结果:衍射级次的重叠 .Eg[[K_iD  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 |s{[<;  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 |emZZj  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 lPOcX'3\  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) p'YNj3&u  
 光栅方程: Ukg iSv+  
U Y')|2y 5  
>n6yKcjY]  
XE.Y?{,R$  
"bk'#?9  
5. 结果:光谱分辨率 &dvL`  
~JSa]6:_+  
W6L}T,epX  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run bT#re  
Bw8&Amxx:  
6. 结果:分辨钠的双波段 N Uq'96 {Y  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 EP}NT)z,{  
   D$PR<>=y  
q3$;lLsb;j  
E|5lm  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 [" nDw<U  
4Q5 c'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run O*y@4AR"S  
t*cVDA&K  
7. 总结 .qG*$W2f  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 (H-Y-Lk+  
1. 仿真 J<=k [Q  
以光线追迹对单色仪核校。 N77EM  
2. 研究 z{ydP Ra  
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。 o7WK"E!pF'  
3. 应用 oCR-KR>{Q  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 HE>sZ;  
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。 $H2HVJ  
扩展阅读 *m 9,_~t  
1. 扩展阅读 ? bnhx  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 7l|D!`BS  
:c^9\8S  
 开始视频 _$YT*o@0J  
- 光路图介绍 gyAKjLqqpi  
- 参数运行介绍 sCw X|  
- 参数优化介绍 ;yVT:qd %  
 其他测量系统示例: RmcQGQ  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) s u)AIvF{  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) L fx$M  
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