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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) m@yx6[E#  
xw3A|Aj?r  
应用示例简述 ( `d_DQ  
\r}*<CRr6  
1.系统说明 (Li)@Cn%  
?xt${?KP  
 光源 |99Z& <8f  
— 平面波(单色)用作参考光源 o2^?D`Jr  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 9!wm`'G8  
 组件 30h1)nQ$h}  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 ;{rl Y>  
 探测器 {\kDu#18Ld  
— 功率 u &{|f  
— 视觉评估 _LLE~nUK"/  
 建模/设计 BtP*R,>  
— 光线追迹:初始系统概览 cKAZWON8;v  
— 几何场追迹+(GFT+): }J:WbIr0!  
 窄带单色仪系统的仿真 ]K%D$x{+\  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 s`,.&  
g%d&>y?1r  
2.系统说明 yXA]E.K!  
[mQ*];GA  
Q$2^m(?;  
D"n 3If%  
3.系统参数 |Vc:o_n7  
CYC6:g|)  
4?e7s.9N  
LWP&Si*j  
JOx""R8T5  
4.建模/设计结果 XcQ'(  
2n5{H fpY  
<txzKpM  
bq` 0$c%hN  
总结 f%Bmx{Ttq  
z/7"!  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。  ?ik6kWI  
1. 仿真 ~ TALpd  
以光线追迹对单色仪核校。 O:G-I$F|  
2. 研究 -\=kd {*B  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ;hp?wb  
3. 应用 dDla?)F  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 W>]=0u4  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 !P b39[f  
B\Y !5$  
应用示例详细内容 #&c}i n"!  
系统参数 pxs`g&3yd  
{!vz 6QDS  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 SwPc<Z?P  
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。 o*WI*Fb'  
qbe9 CF'@_  
ni x1_Wo;  
(1b%);L7  
2. 系统参数 >|So`C3:e  
{pNf& '  
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。 tvG/oe .1'  
IT0*~WMZ  
tmI2BBv  
4d0<uB&v'  
3. 说明:平面波(参考) 0UT2sM$  
6?c(ueiL[  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 qjp<_aw  
f<0nj?  
Ju7nvxC  
qZ7/d,w  
4. 说明:双线钠灯光源 MM%c   
`Z0#IeX=  
!]k$a  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 `&yUU2W  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 K) "cwk-  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 Ng3MfbFG  
Y-WY Q{  
%%w]-`^h,  
[UHDN:y  
5. 说明:抛物反射镜 JOIbxU{U_  
T+[N-"N  
8y{<M"v+/  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ]l'W=_XDg  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 DN@T4!  
}GCt)i_  
l&4TfzkY  
vO2o/   
dviL5Eaj  
/*bS~7f1  
6. 说明:闪耀光栅 ODH@ /  
y3K9rf  
5Qik{cWxBq  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 y$At$i>u  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 PQRh5km  
8v M}moper  
!RnO{FL  
5B? >.4R  
Vet7a_  
Fr)G h>  
7. Czerny-Turner 测量原理 2hRaYX,g  
^Q]*CU+C  
通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 pCNihZ~  
)dJaF#6j  
vvLm9Tw  
~3.1. 'A  
*/n)_  
8. 光栅衍射效率 V,($I'&/  
' @M  
OCF\*Sx  
 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。  )>Oip  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 KD^>Vv#  
 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!09Pxc  
PY.c$)az>  
n~l )7_G  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd s&p*.I]@>  
B3'qmi<  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 @M?N[LG  
=/" Of  
-L6 rXQV@j  
:QsGwhB  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 9/RbfV[)  
5f7;pS<  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 "';'*x  
_`L,}=um'  
f8)D|  
]?xF'3#  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 SHPaSq'&N  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 phUno2fH  
_$By c(.c  
应用示例详细内容 -@G |i$!  
28-6(oG  
仿真&结果 C8y 3T/G  
~ -Rr[O=E  
1. 结果:利用光线追迹分析 n6[bF "v  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 (^Xp\dyZL  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Pv`yOx&nE  
6z"fBF  
er^z:1'  
` &|Rs  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd -[v:1\Vv  
(hd^  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 )__vPPko i  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 UKQ ,]VC  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, oDx*}[/  
9'Y~! vY  
 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 N- ?U2V  
SMk{159q&  
JTpKF_Za<  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms e6k}-<W*q  
'+Dn~8Y+9  
3. 衍射效率的评估 m1VyYG  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 9">}@1k  
[Ym?"YwVX  
1okL]VrI  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 XY1NTo. =  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd O:RPH{D  
>f19P+  
4. 结果:衍射级次的重叠 4*l ShkL  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 Us M|OH5k  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 tk<dp7y7  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 +%6{>C+bZo  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) [L|H1ll  
 光栅方程: b'O>&V`  
4<70mUnt  
sZPPS&KoP3  
uezqC=v$h  
?@(_GrE-  
5. 结果:光谱分辨率 wtetB')yD  
y VUA7IY  
z* YkD"]B  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run gT'c`3Gkz  
kG &.|  
6. 结果:分辨钠的双波段 ~LuZ pV  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 gf2l19aP  
   B1JdkL 3h  
d%81}4f:  
.Frc:Y{  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 .Hl]xI$;+  
(X,Ua+{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 234 OJ?  
 3@J0-w  
7. 总结 ?a7PxD.  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 #!OCEiT_  
1. 仿真 0V"r$7(}  
以光线追迹对单色仪核校。 3)T'&HKQ  
2. 研究 dfiA- h  
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。 \ZigG{  
3. 应用 E08FUAth]#  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 [95(%&k.Q  
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。 1<fS&)^W  
扩展阅读 =;7gxV3;  
1. 扩展阅读 n %"q>  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 d `>M-:dF  
M3odyO(  
 开始视频 'LpJ:Th  
- 光路图介绍 #gMMh B=  
- 参数运行介绍 BdG~y1%:  
- 参数优化介绍 A9Q!V01_  
 其他测量系统示例: *j?tcxq  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) P \tP0+at  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 5:Pp62  
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