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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) 4Z,MqG>  
W-2,QVp%  
应用示例简述 -b8Vz}Y  
# 2s$dI  
1.系统说明 DR;rK[f  
hIE$ut +  
 光源 xM'bb5  
— 平面波(单色)用作参考光源 eNR>W>;'  
— 钠灯(具有钠的双重特性) *MglX<  
 组件 WL:CBE#  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 > X<pzD3u  
 探测器 f.4r'^  
— 功率 9 "7(Jq  
— 视觉评估 u,I_p[`E  
 建模/设计 )l~:P uvh  
— 光线追迹:初始系统概览 ( $A0b  
— 几何场追迹+(GFT+): -W<x|ph U  
 窄带单色仪系统的仿真 !RN(/ &%y  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 fYBmW')  
gs7h`5[es  
2.系统说明 ~dg7c{o5  
EBc_RpC/Z  
]c4?-Vq%u  
]3nka$wA*  
3.系统参数 ihS;q6ln  
;EDc1:  
K-vG5t0$\/  
n]S DpptM  
m^I+>Bp/:  
4.建模/设计结果 *mwHuGbZed  
V(u#8M  
LQ(z~M0B  
Q8OA{EUtq  
总结 e=e^;K4  
l+`f\},  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 o."k7fLB  
1. 仿真 LX;w~fRr.  
以光线追迹对单色仪核校。 &3~lZa;D  
2. 研究 Oh)s"f\N  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 :Yeo*v9  
3. 应用 P@lDhzd  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 HGM? ?=  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 iYJ:P  
sF-{ (  
应用示例详细内容 }81eef4$S  
系统参数  qmQ}  
0se0AcrW  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 =Y!x  
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。 j=c=Pe"?u  
B6 rz  
;J [ed>v;3  
17kh6(X  
2. 系统参数 2w"Xv,*.'i  
TNun)0p  
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。 YNHQbsZUI,  
Q5%$P\  
F9h'.{@d  
S\wh *'Y  
3. 说明:平面波(参考) /L|$* Xj  
' b?' u  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 DNTkv_S  
5@c/,6l  
}7Lo}}  
B:5NIa  
4. 说明:双线钠灯光源 (S<Z@y+d  
10.u  
B"; >zF  
 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。 hv. 33l  
 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)。 MC\rx=cR\  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 xbUL./uj  
%3SBs*?  
'2LK(uaU  
Ebk9[=  
5. 说明:抛物反射镜 7c.96FA  
t?&@bs5~g  
Gz09#nFZk  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 nrFuhW\r  
 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。 /i !3Fr"  
:2v^pg|  
[l`_2{:  
@$:T]N3m  
rHSA5.[1P  
p-CBsm5P  
6. 说明:闪耀光栅 (v/mKGyg  
l(Y U9dp  
1&7~.S;km  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 &PE/\_xD_  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 !\'NBq,  
h eR$j  
n8K FP  
6_rgj{L  
E: 7R>.g  
k_,wa]ws$  
7. Czerny-Turner 测量原理 LvM;ZfAEv  
r0Cc0TMdj  
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。 # .j[iN :+  
{.r jp`39  
n "J+? ~9  
+KcD Y1[  
M94zlW<  
8. 光栅衍射效率 *m>XtBw.  
NT1"?Thx|  
U07 G&? /  
 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。 178u4$# b  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 s:p6oEQ=J  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) BH;7CK=7R  
RX"~m!26  
",O}{z  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd X:/Y^Xu  
^7p>p8  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 VX'cFqrK3  
q8=hUD%5C  
1woBw>g  
d*cAm$  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 8T]x4JQ0  
mh$Nwr/W:  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 <H]1 6  
}#bX{?f  
\9Yc2$dY  
r5s$#,O/&Q  
 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)。  "d3qUk  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 lFZ}.  
KD(}-zUs  
应用示例详细内容 Cju%CE3a  
%=PGvu  
仿真&结果 $LXz Q>w9  
4Y x\U  
1. 结果:利用光线追迹分析 cs\/6gSCo  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 _?m%i]~o  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 \J?l7mG  
^{l^Z +b.  
Xlp$ xp"  
YT@D*\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd cy%S5Rz  
OtsW>L@ O(  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 FHv^^u'@  
 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)。 H}f} Y8J{  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 9|K3xH  
%9HL "  
 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。 Up*.z\|'y  
<<iwJ U%:  
c&]nAn(  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ),%(A~\  
{zmh0c; |  
3. 衍射效率的评估 >I&'Rj&Mc  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 xkPH_+4i8  
Ug~ ]!L  
C\RJ){dk  
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。 MzP q(`W  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ~ MZEAY9  
#ts;s\!  
4. 结果:衍射级次的重叠 2*5]6B-(  
 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。 65g"$:0  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 R4 x!b`:i  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 XqxmvN  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) NW AT"  
 光栅方程: W_\~CntyZ  
+/|;<K5_LI  
4IUdlb  
ob(S/t  
@ 5tW*:s  
5. 结果:光谱分辨率 B*c@w~E  
Rg,]d u u?  
J.;{`U=:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 9=FqI50{  
3Gyw^_{J  
6. 结果:分辨钠的双波段 u}~jNV  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 xoQ;fVNp  
   -l2aAK1M  
&'{?Y;A  
t_\;G~O9-M  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 552U~t  
)u67=0s2i+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run TTQ(\l4  
*ke9/hO1i  
7. 总结 vXUq[,8yf  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 6U!zc]>  
1. 仿真 "%[aWb  
以光线追迹对单色仪核校。 = 3("gScUj  
2. 研究 tY>_ +)oi  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 M tD{/.D>  
3. 应用 <{"Jy)Uf  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 3l?-H|T  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 +@5@`"Jry  
扩展阅读 ~V`F5B  
1. 扩展阅读 8V f]K}d  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 0[QVU,]<  
+ia N[F$  
 开始视频 ?K>=>bS^h  
- 光路图介绍  L4 )  
- 参数运行介绍 g71|t7Q  
- 参数优化介绍 </@3}rfUPg  
 其他测量系统示例: _ giZ'&l!  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) l+n0=^ Z  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) r@v_hc  
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