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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) 4 4<v9uSK  
(NM6micc  
应用示例简述 )BB%4=u@~.  
XqX I(q^  
1.系统说明 %Il;B~t  
cb4b, Ri  
 光源 :Lc3a$qtx5  
— 平面波(单色)用作参考光源 `~|DoSi^d  
— 钠灯(具有钠的双重特性) -Y2&A$cM  
 组件 3f,u}1npa*  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 4UazD_`'  
 探测器 X -v~o/r7  
— 功率 9Yd-m  
— 视觉评估 -P*xyI  
 建模/设计 p/4S$ j#Tn  
— 光线追迹:初始系统概览 \ bC}&Iz6  
— 几何场追迹+(GFT+): j]#wrm  
 窄带单色仪系统的仿真 `TAcZl=8  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 .oEFX8  
"u,sRbL  
2.系统说明 .u&|e  
a2[ 8wv1  
3^'#ny?l  
]}/mFY?7  
3.系统参数 IF& PGo  
9ec0^T  
*|@+rbjVC  
!>q?dhw@  
0&f\7z  
4.建模/设计结果 v)%[  
(}sDm ~;s  
Wf_CR(  
9y;y7i{>?  
总结 #!wsD7;  
S]vW&r3`  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 +tPx0>p;  
1. 仿真 m\/>C|f\  
以光线追迹对单色仪核校。 dEL3?-;'  
2. 研究 VPdwSW[eM  
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。 hyM'x*  
3. 应用 aX:#'eDB  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Jk%'mEGE  
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。 ,9F*96  
4,gol?a  
应用示例详细内容 { ( _B  
系统参数 p| Vmdnb  
#_on{I  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 9e0C3+)CY  
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。 /A0 [_  
IkiQ Ok  
Ng?apaIi@~  
#,7eQaica  
2. 系统参数 G`9cd\^  
B{[f}h.n  
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。 >0kmRVd  
@gH(/pFX  
(zjz]@qJ  
1 ,#{X3  
3. 说明:平面波(参考) w/?nUp  
=X)Q7u".7  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 X\o/i\ C}  
~8XX3+]z:X  
(Nm}3p  
A*G )CG  
4. 说明:双线钠灯光源 oNiToFbQu  
pQk=x T  
~gSwxGT7d  
 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。 |\i:LG1  
 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)。 TS\9<L9S  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 (~q#\  
-3C* P  
GS$ZvO  
4 *Bp  
5. 说明:抛物反射镜 b*btkaVue  
9@$tiDV  
l*F!~J3  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 %KbBH:z05  
 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。 73'U#@g6  
(eC F>Wh^m  
04I6 -}6  
):/<H  
8O"x;3I9  
f}L>&^I)  
6. 说明:闪耀光栅 Kj~>&WU  
C1ZFA![  
I>A^5nk  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 =XZF.ur  
 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 K*([9VZ  
n/KI"qa]9  
Uq9,(tV`6g  
dAu^{1+2  
r~S!<9f  
b5iIV1g  
7. Czerny-Turner 测量原理 -IpV'%nX;  
u#zP>!  
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。 ]7#^])>  
_9}x2uO~  
5@w'_#!)  
xm<5S;E5U4  
yDCooX0  
8. 光栅衍射效率 C$N4   
(&9DB   
zxk??0] /  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 IQ(]66c ,  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 n.Ur-ot  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) WU+Jo@]y  
8>%jZ%`a  
z/eU^2V  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd beN>5coP%A  
9E->;0-  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 6nY )D6$JG  
D+*uKldS;  
]X >QLD0W  
k$UzBxR  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 [#STR=_f  
=`7#^7Q9  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 T!=20!I  
#VQGN2bK.  
[T}%q"<  
;qT!fuN;  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 jza}-=&+e  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 + e5  
&9RW9u "  
应用示例详细内容 ch)Ps2i  
r2E>sHw  
仿真&结果  MrKU,-  
RAD4q"}k  
1. 结果:利用光线追迹分析 a.Rp#}f  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ZZ]OR;8  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 <WHs  
7(|3 OR+  
=}%#$  
:N+#4rtgUY  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd !"Oj$c -  
5ykk11!p$  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 gT5Ji~xI  
 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)。 U!;aM*67  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 7=QC+XSO  
RIVL 0Ig  
 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。 :ET3&J L  
_Pfx_+  
7&RJDa:a7T  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms o $HJg  
z2s|.M]&-D  
3. 衍射效率的评估 `%mBu`A  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 ?;.1fJU>  
#8Id:56  
3@Zz-~4Td  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 ^qId]s  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd @8Q+=abz  
jy__Y=1}  
4. 结果:衍射级次的重叠 T^(n+lv  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 k^dCX+  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 lU50.7<08  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 ~Q$c!=   
 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) ?%za:{  
 光栅方程: xXY)KI N[  
Q,,fDBN  
tO+%b=Z^  
V=l Q}sBY  
>;'1k'  
5. 结果:光谱分辨率 ,QHx*~9  
-B3w RAEt  
a9@l8{)RX  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run eFXi )tl  
;5oH6{7_Z  
6. 结果:分辨钠的双波段 ;aRWJG  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 vu.S>2Wv  
   rD(ep~^M  
.J6 j"  
YZ%f7BUk  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 K` _E>k  
s<r.+zqW  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run _qzo):G.s  
nxh/&%  
7. 总结 A Fm*60C  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 TNPGw!  
1. 仿真 xX4^nem\G  
以光线追迹对单色仪核校。 ://|f  
2. 研究 fN*4(yw  
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。 |z7Crz  
3. 应用 $evuPm8G  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 r+#V{oE_  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 qf&a<[p~  
扩展阅读 _8b>r1$  
1. 扩展阅读 _]r)6RT  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 +!V%Q  
]MA)=' ~  
 开始视频 z#E,96R  
- 光路图介绍 J0WXH/:  
- 参数运行介绍 \FY De  
- 参数优化介绍 fi4/@tV?$L  
 其他测量系统示例: owY_cDzrH  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) JK8@J9(#  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) MVL }[J  
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