| 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$*x
&vj+3<2 O4@Ki4f3A% 3.系统参数 G-G!c2o "z69jxXo
xp7,0'(; aj20, w A]Zp1XEG 4.建模/设计结果 U_ V0 >f^&^28
Y6`9:97 fNFdZ[qOd 总结 Sr)/
Mf C0jmjZ%w@ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 jm =E_86_ 1. 仿真 NO
+j 以光线追迹对单色仪核校。 uw
L T$ 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。 Q0gO1T [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。 BtBo%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;$t|~#
b]g}h 5BS-q" 3. 说明:平面波(参考) P;VR[d4e/ t}cj8DC! 采用单色平面光源用于计算和测试。 C]WVH\Pp YJuaQxs
YM 7P!8Gc Aw4Qm2Kf 4. 说明:双线钠灯光源 z Rz#0 Cs^o- g!L <!y_L5S| 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 VDPqI+z 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 J%aW^+O 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 f4/!iiS}r ;)83tx
/
F`
J(+ ppR_y 5. 说明:抛物反射镜 4-E9a _ Wxjk}&+pVa m]Z+u e 利用抛物面反射镜以避免球差。 dWR?1sV|e 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 PaMi5Pq T(a*d7
i/C#fIB2 eY\tO"Hc
j+_g37$: 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
*:BNLM )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<tgX? '?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 /%)MlG
7:bqh$3!s >f`}CLsY 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 8Yb/ c* hzKfYJcQ| 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ?ZTB u[ S'ikr
'\_ic=&u ~Ja>x`5 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 HK2`.'D 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Qf=%%5+?8 ZJR{c 5TE 应用示例详细内容 nr s!e HL 88 仿真&结果 T0tG1/O\ Z>CFH9 1. 结果:利用光线追迹分析 ?#FAa, 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ORfA]I-u 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 r 9*{)" {qOSs,+=L
ZQ~? 9F,jvCM63 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd d%]7: I"DV}jg6| 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 b~#rUOXb8? 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 -09<; U 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, aQRZyE}
PN\2 ^@>_ 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 g2iSc m$@Cw Qj
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-?$'i9q 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 bgEUG VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 pD &\Z~5T 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 WcqYpPv 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) u9GQ)`7Z@ 光栅方程: +VU,U`W h|jsi*4NnL
fY-{,+ `' Z~]17{x0 RS$:]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 |'a5nh! 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>_n e0 - 参数优化介绍 X hTp'2,] 其他测量系统示例: KuFDkT! - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ~ZL}j+L/ - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) J *^|ojX
|
|