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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) 41\r7
BS -68E]O 应用示例简述 z:Sr@!DZ q(tdBd'o6 1.系统说明 Vfm (K UkO L7M 光源 @I\&-Z ^ — 平面波(单色)用作参考光源 4';~@IBf — 钠灯(具有钠的双重特性) >.P/fnvJ 组件 iw`,\V& — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 P=Au~2X 探测器 '|v??`o# — 功率 d%IM`S;fh — 视觉评估 H@!\?5I 建模/设计 >U.)?>G/dt — 光线追迹:初始系统概览 `RRC8 ]l — 几何场追迹+(GFT+): 942(a 窄带单色仪系统的仿真 [&6VI? 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 {J`]6 ba |
rY.IbL 2.系统说明 p&Os5zw;| 'QR
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XiP xg[; +`;YK7o 3.系统参数 y">_$ p i;,?p-
tbx* }uy2 =Gka;,n P>*B{fi^ 4.建模/设计结果 a4zq`n|3U *$
)qgcz<p?W sTn}:A6 总结 <=]wh|D {'.[N79xP 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Ch3{q/-g 1. 仿真 i_ha^mq3 以光线追迹对单色仪核校。 =dVPx<l5 2. 研究 6 WD( 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。 5>E]C=maD 3. 应用 8T:?C~" 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 d0@&2hO 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。 J%_m`? \Lp|S:u 应用示例详细内容 >8I?YT. 系统参数 pzkl ;"gK Z6.0X{6nA 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 xq U@87[_ 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。 3Kv~lo^ m|:O:<
DEdJH4 3#=%2\ 2. 系统参数 utH,pGs C. 15o<'4|=Lm 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。 @
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*.4VO+^ ,Z2fVz~9 3. 说明:平面波(参考) t`b!3U>I 5Op|="W. 采用单色平面光源用于计算和测试。 :\]TAQd- =jz*|e|V
({"jL*S,q gpIq4Q< 4. 说明:双线钠灯光源
l ~b NuL.l__W 3RwDIk?>% 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。 ,*y\b|<j 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)。 676r0` 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 anM]khs? td}%reH
S:.Vt&+NJ ,Pq@{i# 5. 说明:抛物反射镜 n9PCSl j Ys+2/>! "@P) 利用抛物面反射镜以避免球差。 &d!Q% 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。 T-;|E^ ~d9R:t1
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(l ,aA%,C.0U 6. 说明:闪耀光栅 :1O49g3R n7CwGN% ><l|&&e- 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 X:0-FCT;\ 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 dKG 2f 8p91ni'
'}F=U(! x{o&nhuk[S
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? 7. Czerny-Turner 测量原理 Q5kf-~Jx+ SU8vz/\%y 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。 <w9<G BEfP#h=hr
xE0'eC5n^ c9uln B%L dH 8. 光栅衍射效率 nQHQVcDs8 ?Dr_WFNjO bvR0?xnq 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。 Z(~v{c %< 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 WxgA{q7: 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) UA%tI2 oMw#ROsvC
z:Q4E|IX file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd gO9\pI2 s|q]11r+H 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ~T'!.^/ D.ajO^[
JKJ+RkXf3 pOmHxFOOK 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 d[t+iBP;) K+F]a]kld 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 '^6jRI,
H[;\[3
=KCAHNr4? vIK+18v7 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&PPW~D+h@ 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 HOPi2nf{ C8oAl3d+h 应用示例详细内容 8s@k0T<O 2Jl$/W 3 仿真&结果 IT5a/;J v;_k*y[VV$ 1. 结果:利用光线追迹分析 :#pfv)W6t 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 6M)4v{F 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ]?/7iM PDQ\ND
XW2{I.:in> ;bh[TmQTJ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 9NPOdt:@ )r +o51gp 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 '(S@9%,aK1 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)。 0;6^fiSY; 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, TM?RH{(r
!=t.AgmL 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。 1#OM~v6B !#' y#
rO;Vr},3\% animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ^~65M/ 5m(V(@a3 3. 衍射效率的评估 Q9C;_Up 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 @*s7~:VQ A]WR-0Z7
+bC=yR 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。 YYzl"<)c file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd UwQyAD]Ht N:]Ud(VRM 4. 结果:衍射级次的重叠 gbclk~kX 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。 :~gG]|F 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)。 X61p xPa 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。 F/(z3Kf 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) 6%8,OOS 光栅方程: p0b2n a
! XSDudL
_R] qoUw; q,->E<8 bFt$u]Yvo 5. 结果:光谱分辨率 54geU?p0 }X;LR\^u[f
pZA0Go2!IN file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Bl6>y/ zwEZ?m! 6. 结果:分辨钠的双波段 B[8`l} t 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 N7WQ{/PSG b f2 B
6k%Lc4W l^,"^vz 设置的光谱仪可以分辨双波长。 j1Q"s( p\&Lbuzv file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run O,+ZD^ 3%'Y): 7. 总结 b+rn:R 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 61"w>;d6 1. 仿真 >I^_kBa 以光线追迹对单色仪核校。 (uk-c~T!u 2. 研究 @|hn@!YK 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 FWJhi$\:D] 3. 应用 Z91GM1lrf8 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 [$bK%W{f 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 |[lmW% 扩展阅读 FO/[7ZH 1. 扩展阅读 s;[OR 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。
`[=3_ D+u#!t[q 开始视频 1q Jz;\wU - 光路图介绍 l2lyi
- 参数运行介绍 u}:p@j}Zv - 参数优化介绍 TjswB# 其他测量系统示例: ]?$eBbt - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) R3`h$`G - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ]LE
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