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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) 3Qv9=q|[b |<]wM(GxE 应用示例简述 |[V6R\l39 4`CO>Q 1.系统说明 2Sy:wt f:t5`c. 光源 ,^iT,MgNNf — 平面波(单色)用作参考光源 ' z^v}~ — 钠灯(具有钠的双重特性) <+ <o
X"I 组件 5*"WS $ — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 u 8~5e 探测器 4mGRk)hk:> — 功率 $H,9GIivD — 视觉评估 Y% [H: 建模/设计 sQzr+]+#9 — 光线追迹:初始系统概览 F0'o!A#|( — 几何场追迹+(GFT+): \<=.J`o{ 窄带单色仪系统的仿真 3z
5"Ckzb 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 )]}68}9 3v~}hV/RUy 2.系统说明 |Pse=_i d D^?%,a
H,fVF837 j~ qm5} 3.系统参数 ciPaCrV z\IZ5'
y3 S T"U 61K:SXj
No/D"S# 4.建模/设计结果 sMw"C~XL s[*I210
\?k"AtL ,S3uY6, 总结 <,'^dR7, WoMMAo~ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 TkjZI}]2 1. 仿真 Of$gs- 以光线追迹对单色仪核校。 +Kg3qS" 2. 研究 =~j S 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。 ~!dO2\X+ 3. 应用 dC}4Er 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 3DrW[\ 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。 Mw $.B# nqujT8 应用示例详细内容 t4,(W` 系统参数 -Ly A MW.,}f 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 [%7oq;^J Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 `>$l2,
-+.-Ab7
!%yd'"6Dl T+<OlXpL 2. 系统参数 1A9Gf ;ZLfb n3\ 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。 "C%* 'k ![@\p5-e
/SYzo4( yNmzRH u 3. 说明:平面波(参考) rexy*Xv`2p c"@,|wCUi 采用单色平面光源用于计算和测试。 qgLj^{ N u9+b"Wr
lF1ieg"i M q1o)l 4. 说明:双线钠灯光源 umj5M5oe3 SSI('6Z/ |h1Y3 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。 \rf2Os 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)。 +LAj h)m 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 P&]PJt5 f<~S0[H
H;eOrX{GT @8GW?R 5. 说明:抛物反射镜 mq~L1<f N,NEg4 q[ {VrjDj+Xy 利用抛物面反射镜以避免球差。 #AUz.WHD 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。 at `\7YfQp ? v2JuhRe
_-g?6q v5o@ls
0FD+iID ' fm}&0 6. 说明:闪耀光栅 G_a//[p -%x9^oQwY ^aG=vXK`b 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 i^'Uod0d. 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 UN*XLHio j8ebVq
(Q09$ l6EDl0~r
C|A:^6d3= h
.$3jNU 7. Czerny-Turner 测量原理 .AgD`wba 6-@n$5W0 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 C7[CfcPA jFBnP,WQ
&<sN(;%0R "xV9$m> qrmJJSJ 8. 光栅衍射效率 C}{$'#DV2
BK1Aq3*) Wg+fT{[f| VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 )0:@T)G 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 Vi~F
Q 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) {
+%S{=j pPdOwK#
#Mz N7 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd OW12m{ 4V`ypFme 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 85fBKpEe v&EHp{8Qd
W%=b|6E R3$K[Lv, 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 5!PU+9Kh v*nX 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 >#RXYDd ci^+T *
S/
Y1NH 7='M&Za 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)。 b:S#Sz$ 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 9*%Uoy: DaW_-:@s 应用示例详细内容 ;TK:D=p4 0FHX 仿真&结果 IdlW[h3`[ TY,w3E_ 1. 结果:利用光线追迹分析 uSs~P%@6| 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 j!;?=s 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 bYEq`kjzc m(Cn'@i`"0
[;D4,@A @^vVou_ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd JeJc(e uE>2*u\ 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 a<[@p 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)。 |/g\N,] 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, +[JGi"ca
j0k"iv 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。 9z,?DBMvc ~PUz/^^
s
m&OzT~?_>N animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms _?3bBBy ejwFQ'wTx 3. 衍射效率的评估 gUCv#: 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 tWi@_Rlx; v!ULErs
!9i,V{$c`" 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。 c8gdY` file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd cT8jG,+"} ?0+D1w 4. 结果:衍射级次的重叠 C CX\"-C 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。
,|b<as@X 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)。 +E QRNbA 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。 _EOQ*K#=Ct 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) D:llGdU#2 光栅方程: 4.7ePbk[E s} ,p>8
gydPy* 8@!/%"Kt2 q]tPsX5{* 5. 结果:光谱分辨率
8J%^gy>m] LI?rz<H!D
{3C~cK{ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run g^1M]1.f x<"e} Oo 6. 结果:分辨钠的双波段 U\y];\~H 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 VZJs@qx:Z H;}V`}c<`
}(dhXOf\q :h N* 设置的光谱仪可以分辨双波长。 Tm@mk VVvV]rU~ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run w@4q D ^l
~i >:V 7. 总结 .-[UHO05^8 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 f>5{SoM 1. 仿真 w:&m_z#M 以光线追迹对单色仪核校。 [z`U9J 2. 研究 U=p,drF,A 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。 <r,l 3. 应用 IR|AlIv 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 :Cw|BX@??U 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。 xe|o(!( 扩展阅读 Q,Hw@w<1 1. 扩展阅读 k#E D#']N 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 :sFP{rFx~ RT8xU;
开始视频 kh 17 - 光路图介绍 y:D|U!o2V - 参数运行介绍 R|ViLt y - 参数优化介绍 "Q#/J)N 其他测量系统示例: <Jo_f&&{ - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Io{)@H"f - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) fC2e}WR
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