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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) -r%4,4 ^_FB .y% 应用示例简述 X
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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!_X FV — 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'
eUMOV]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$& Q<4Sd:P`"
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1yz 总结 ~mAv)JK h-)tWJ c 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 4%k{vo5i 1. 仿真 #0OW0:Q 以光线追迹对单色仪核校。 tf1iRXf8 2. 研究 `h%(ZG~ 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 )4h4ql W 3. 应用 f]c{,LFvZ 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 {yXpBS 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。
g!/O)X3 ScN'|Ia.- 应用示例详细内容 [wp(s2= 系统参数 v#/k`x\ . W ~&d_n 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 k*xMe- Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 7T[Kjn^{Oj X*'i1)_h
P*=M?:Jb, BqoGHg4iq 2. 系统参数 EV=/'f[++
xWC*DKV 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 yRd [$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-
j Wpm"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(Ds v 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
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+,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。 ^ }k qAmr 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 pKhV<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 WoDQg64 ;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$4W 4. 结果:衍射级次的重叠 .Eg[[K_iD 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 |s{[<; VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 |emZZj 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 lPOcX'3\ 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) p'YNj3&u 光栅方程: UkgiSv+ U
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>n6yKcjY] XE.Y?{,R$ "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 4Q5c' file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run O*y@4AR"S t*cVDA&K | |