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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) *&^:T~|=!  
C8V/UbA /  
应用示例简述 nwF2aRNV  
Z:sg}  
1.系统说明 V`XNDNJ:  
lrIS{MJ+-  
 光源 ,>0*@2  
— 平面波(单色)用作参考光源 IpcNuZo9&  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ; Q3n  
 组件 O06"bi5Y  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 ~nh:s|l6%M  
 探测器 <FcG oGK  
— 功率 `\#B18eU  
— 视觉评估 %}Ss,XJ  
 建模/设计 +RYls|f  
— 光线追迹:初始系统概览 z6jc8Z=O  
— 几何场追迹+(GFT+): LXC9I/j/  
 窄带单色仪系统的仿真 qQ?"@>PALD  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 3TY5;6  
gT0BkwIV  
2.系统说明 N`L0Vd  
XkXHGDEf1  
b`~p.c%(  
MbZJ;,e?  
3.系统参数 ['B?i1 .  
3L_\`Ia9  
{MCi<7j<?  
+zaA,e?\  
w35J.zn  
4.建模/设计结果 X[PZg{   
$o0 iLFIX/  
<UV1!2nv*  
*E/`KUG]  
总结 'B 43_  
&]v4@%<J  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 $JJrSwR<h  
1. 仿真 f78An 8  
以光线追迹对单色仪核校。 jr /pj?  
2. 研究 Lvq>v0|  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 )FF>IFHG  
3. 应用 si`A:14R  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 4E]l{"k<  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 5q;GIw^L  
g*e   
应用示例详细内容 rV R1wsaL  
系统参数 v/68*,z[  
9F)z4  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 4cabP}gBk  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 +eyc`J  
;t<QTGJ  
gQxbi1!;9  
[E!oQVY  
2. 系统参数 ![YX]+jqNp  
ftvG\Tf  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 K?B{rE Lp  
RrX[|GLSJ  
 86 W9rR  
}XV+gyG=@  
3. 说明:平面波(参考) 75"f2;  
_aFl_\3>  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 %Y<|;0v  
9[b<5Llt  
tyXuG<  
)uj Ex7&c  
4. 说明:双线钠灯光源 /'].lp  
M=F xB;v  
L+Xc-uv["p  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 < Z{HX[y  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 \6E|pbJ}x  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 uC+V6;  
=vQcYa  
!MYSfPdS  
cC=[Saatsf  
5. 说明:抛物反射镜 A+SE91m  
}.3nthgz  
-fwoTGlX  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 96 q_ K84K  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 R< ,`[*Z  
 87<-kV  
@wpN6 /   
pm*xb]8y  
PD&\LbuG  
4}_j`d/8|  
6. 说明:闪耀光栅 P3cRl']  
8YZbP5'  
N^HUijw<  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。  J7=+  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 Ss~;m']68  
g!$!F>[  
%+8F'&X  
S4^vpY DeN  
yaah*1ip[  
tZ} v%3  
7. Czerny-Turner 测量原理 'oF%,4 !Y  
,4zmb`dP<  
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。 :*ing  
4{hps.$?~  
SH_(rQby  
]l1\? I  
LQtj~c>X-|  
8. 光栅衍射效率 J8S'/y(LE<  
=U#dJ^4P  
X 9p.gXF  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 MaRi+3F  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 73V|6tmgY  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) /4a._@1h[y  
ln?v j)j  
@x"0_Qw  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd .q%WuQw  
7![,Q~Fy  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 rM .|1(u  
[`^a=:*  
z.GMqW%B  
A*2  bA  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 * mOo@+89  
D}dn.$  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 1QLbf*zeIW  
nQ q=7Gu  
`S6x<J&T\/  
RRRCS]y7$t  
 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)。 3gv|9T  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 S `#w+C#EW  
?Cl%{2omO  
应用示例详细内容 }dp=?AFg  
A%`[mc]4#  
仿真&结果 (iL|Sq&}b  
H *[_cqnv  
1. 结果:利用光线追迹分析 Qp/QaVQ+  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 t.laO. 3  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 n^z]q;IN2.  
&?q/1vLa  
lTd #bN  
VY~yg*  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd -amBB7g  
(vb SM}P  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 f>W -  
 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)。 ?,& tNP{jq  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, ,=Mt`aN  
c- }X_)U }  
 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。 $u9K+>.  
K Pt5=a  
pgOQIzu  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms :a$\/E=  
"br,/Dk>MX  
3. 衍射效率的评估 So0f)`A  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 4WJ.^(  
rd9e \%A  
@7?#Y|`  
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。 ig/%zA*Bo  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd B5X(ykaX~  
D'J 0wT#  
4. 结果:衍射级次的重叠 @>p<3_Y1  
 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。 a'2$nbp}  
 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)。 ; mZW{j  
 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。 kP-3"ACG  
 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) G&4&-<  
 光栅方程: r]b_@hT',  
3+@<lVew6  
k~jP'aD  
Cn "s` q  
4scNSeW  
5. 结果:光谱分辨率 JwAYG5W  
BFo5\l:q8  
y#q?A,C@n  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run T~Gvp0r}h  
Mdl{}P0)  
6. 结果:分辨钠的双波段 ;xzUE`uUfJ  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 =5kY6%E7c  
   Y?(r3E^x  
vSi.txV2  
~c %hWt  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 @Ub"5Fl4  
X)7x<?DAy  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ~v6OsH%vx  
k3) dEH1z  
7. 总结 WJ4li@T7V  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Ry%Mej:  
1. 仿真 xHz[t6;4;  
以光线追迹对单色仪核校。 a{ ?`t|  
2. 研究 $`)/0{qY-  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 m<j8cJ(  
3. 应用 NiU2@zgl  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性  :}@g6   
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 =o&>fw  
扩展阅读 t.`@{R$hoA  
1. 扩展阅读  DX"xy  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 *#tJM.Z  
E|6VX4`+  
 开始视频 y0'Rmk,  
- 光路图介绍 }j*KcB_  
- 参数运行介绍 6^%68N1k  
- 参数优化介绍 DDPxmuNG  
 其他测量系统示例: ]3KhgK%c8  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Ah k8  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) c6X}2a'  
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