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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) 5`{+y]  
j2cLb  
应用示例简述 _b<Fz`V  
DIB Az s  
1.系统说明 ;9q3FuR  
a_^3:}i~D  
 光源 }9R45h}{<  
— 平面波(单色)用作参考光源 F 71  
— 钠灯(具有钠的双重特性) @CP"AYB #  
 组件 7I/Sfmqy"O  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 Fm3-Sn|Po  
 探测器 nSz Fs(]f  
— 功率 tv+q~TFB=Z  
— 视觉评估 : :uD%a zd  
 建模/设计 %/,PY>:|  
— 光线追迹:初始系统概览 JS642T  
— 几何场追迹+(GFT+): yUq,9.6Ig  
 窄带单色仪系统的仿真 f62z9)`^  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 2xZg, \  
!3DWz6u  
2.系统说明 K?BWl:^x  
i92{N$*x  
&vj+3<2  
O4@Ki4f3A%  
3.系统参数 G-G!c2o  
"z69jxXo  
xp7,0'(;  
aj20, w  
A]Zp1XEG  
4.建模/设计结果 U_ V0  
>f^&^28  
Y6`9:97  
fNFdZ[qOd  
总结 Sr)/ Mf  
C0jmjZ%w@  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 jm =E_86_  
1. 仿真 NO +j    
以光线追迹对单色仪核校。  uw LT$  
2. 研究 YUF!Y9!  
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。 4adCMfP7.  
3. 应用 req=w;E:  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Eg3rbqM- 8  
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。 Q0gO1 T  
[NFg9y;{h  
应用示例详细内容 (gNI6;P;}  
系统参数 "@gJ[BL#  
8!TbJVR  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 8doT`rI1  
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。 Bt Bo%t&  
)"m FlS<I  
RoxzCFsI\  
e[i&2mM  
2. 系统参数 mppBc-#EYr  
CHdw>/5  
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。 gET& +M   
E;$t|~ #  
b]g}h  
5BS-q"  
3. 说明:平面波(参考) P;VR[d4e/  
t}cj8DC!  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 C]W VH\P p  
YJuaQxs  
YM 7P!8Gc  
Aw4Qm2Kf  
4. 说明:双线钠灯光源 z Rz#0  
Cs^o- g!L  
<!y_L5S|   
 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 VDPqI+z  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 J%aW^+O  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 f4/!iiS}r  
;)83tx /  
F` J(+  
ppR_y  
5. 说明:抛物反射镜 4-E9a_  
Wxjk}&+pVa  
m]Z+u e  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 dWR?1sV|e  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 PaMi5Pq  
T(a* d7  
i/C#fIB2  
eY\tO"Hc  
j+_g37$:  
5G(y  
6. 说明:闪耀光栅 BR*" "/3`  
!h?N)9e  
s_zZ@azJ  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 .NCQiQ  
 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 VY=~cVkzS  
p&Nw:S  
mTZlrkT  
8}xU]N#EV  
*:BN LM  
)lB-D;3[_  
7. Czerny-Turner 测量原理 ~>>o'H6  
b2U[W#  
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。 0Yfk/}5  
 P/nXY  
- /#3U{O  
at7/KuY!~  
i;6\tK"!  
8. 光栅衍射效率 fkRb;aIl  
9nM {x?  
ZJy D/9y  
 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。 lba*&j]w=  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。  gxU(&  
 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) Y]Su<t gX?  
'? yZ,t  
%{zM> le9  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd _'2r=a#`  
tE>3.0U0Q  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 JC>}(yQA  
/%)M lG  
7:bqh$3!s  
>f`}CLsY  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 8Yb/ c*  
hzKfYJcQ|  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ?ZTB u[  
S'ikr   
'\_ic=&u  
~Ja>x`5  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 HK2`.'D  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Qf=%%5+?8  
ZJR{c5TE  
应用示例详细内容 nr s!e  
HL88  
仿真&结果 T0tG1/O\  
Z>CFH9  
1. 结果:利用光线追迹分析 ?#FA a,  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ORfA]I-u  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 r9*{)"  
{qOSs,+=L  
ZQ~?  
9F,jvCM63  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd d%]7:  
I"DV}jg6|  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 b~#rUOXb8?  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 -09<; U  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, aQRZyE}  
PN\2 ^@>_  
 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 g2iSc  
m$@CwQj  
c=@=lGgo  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms L G=Q  
vW]BOzK  
3. 衍射效率的评估 rNgE/=X  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 #p_ ~L4iW  
E"w7/k#3}C  
F,lQj7  
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。 j?.VJ^Ff/u  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 34P? nW(  
}* BY!5  
4. 结果:衍射级次的重叠 nk-?$'i9q  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 bgEUG  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 pD &\Z~5T  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 W cqYpPv  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) u9GQ)`7Z@  
 光栅方程: +VU,U`W  
h|jsi*4NnL  
fY-{,+ `'  
Z~]17{x0  
RS$:]hxd>_  
5. 结果:光谱分辨率 b,{?+8  
 =v8#@$  
9D 0ujup  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run e|{6^g<ru  
8ALYih7"W  
6. 结果:分辨钠的双波段 KH[%HN5v  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 C\fc 4  
   4Ly!:GH3T  
Y> 7/>x6  
rV1JJ.I  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ]huqZI  
|'a5n h!  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run SM@1<OCc  
-5E%f|U  
7. 总结 YZmD:P  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 IJ=~hBI  
1. 仿真 D5U\~'{L  
以光线追迹对单色仪核校。 2^Y1S?g.  
2. 研究 w#-rl@JQ4  
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。 M%6{A+(  
3. 应用 ZT|E1[Q  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 1UmV &  
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。 +]I7)  
扩展阅读 {)-%u8J\`N  
1. 扩展阅读 fxyPh  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 o/9 V1"  
%n{E/06f  
 开始视频 s%p(_pB  
- 光路图介绍 uTn(fs) D  
- 参数运行介绍 s>_ne0  
- 参数优化介绍 XhTp'2,]  
 其他测量系统示例: K uFDkT!  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ~ZL}j+L/  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) J *^|ojX  
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