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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) cV6H!\  
*4 LS``  
应用示例简述 U3&GRY|##  
nPvys~D  
1.系统说明 :7LA/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  
i ed 1+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$j z  
<|k :%  
~"%'(j_4  
!B Pm{_C  
总结 0B8Wf/j?M  
uT=r*p(v  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 * ;sz/.  
1. 仿真 <k8WnA ~Fl  
以光线追迹对单色仪核校。 =LLpJ+  
2. 研究 fLs>|Rh  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 >QYx9`x&  
3. 应用 F-ZTy"z  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ;R0LJApey  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 {wM<i  
 GpTZp#~;  
应用示例详细内容 vmNo~clt\  
系统参数 Xbmsq,*]  
n eu<zSS  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 rPy,PQG2w  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 5yt=~  
l4$ sku-  
G HQ~{  
#tg\ 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  
BYdG K@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。 H ABUf^~-  
fX:q ]  
T]Q4=xsv  
#\N8E-d  
5. 说明:抛物反射镜 k;<@ 2C  
eK(k;$4\^Y  
Chl^LEN:  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 13 L&f\b  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 jQ7;-9/~N  
bbS,pid1  
Zc38ht\r;  
Jm)7!W%3  
, 0X J|#%  
m["e7>9G  
6. 说明:闪耀光栅 AXxyB"7A}  
d]K8*a%[-  
~Fo2MwE2~  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 f uU"  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 s\~j,$Mm2  
3%Q<K=jy  
9G6ZKqum  
e/x 9@1s#  
#X``^  
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'$c  
EJz!#f~  
T ;84Sv  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 =n=!s{A:t  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 e\aW~zs 2  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) SR.xI:}4  
H/ ejO_{  
-;6uN\gq  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd DfGq m-c  
&)Zv>P8z`  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Nk%$;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\K G  
I)jAdd  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 i&m6;>?`  
]C+P J: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)。 O 1X)  
 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,  
45Zh8k  
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  
ghkV^ [  
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=j nY   
 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。 j g EYlZ  
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;u 5S&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd A3q#,%  
x=\W TC  
4. 结果:衍射级次的重叠 *cX i*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)。 sQr M"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 11A$#\,  
9A`^ (  
7. 总结 tC=K;zsXpz  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ^`$-c9M?'  
1. 仿真 an Kflt3  
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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