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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 XkXHGDEf 1
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{ $o0iLFIX/
<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。 $JJrSwR<h 1. 仿真 f78An 8 以光线追迹对单色仪核校。 jr /pj? 2. 研究 Lvq>v0| 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 )FF>IFHG 3. 应用 si`A:14R 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 4E]l{"k< 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 5q;GIw^L g*e 应用示例详细内容 rV R1wsaL 系统参数 v/68*,z[ 9F)z4 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 4cabP}gBk Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 +e yc`J ;t<QTGJ
gQxbi1!;9 [E!oQVY 2. 系统参数 ![YX]+jqNp ftvG\T f 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 K?B{rE Lp RrX[|GLSJ
86 W9rR }XV+gyG=@ 3. 说明:平面波(参考) 75"f2; _aFl_\3> 采用单色平面光源用于计算和测试。 %Y<| ;0v 9[b<5Llt
tyXuG< )uj Ex7&c 4. 说明:双线钠灯光源 /'].lp M=FxB;v L+Xc-uv["p 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 < Z{HX[y 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 \6E|pbJ}x 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 uC+V6; =vQcYa
!MYSfPdS cC=[Saatsf 5. 说明:抛物反射镜 A+SE91m }.3nthgz -fwoTGlX 利用抛物面反射镜以避免球差。 96 q_K84K 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 R< ,`[* Z 87<-kV
@wpN6 / pm*xb]8y
PD&\LbuG 4}_j`d/8| 6. 说明:闪耀光栅 P3cR l'] 8YZbP5' N^HUijw< 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 J7= + 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 Ss~;m']68 g!$!F>[
%+8F'&X S4^vpY
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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.$?~
SH_(rQby ]l1\? I LQtj~c>X-| 8. 光栅衍射效率 J8S'/y(LE< =U #dJ^4P X9p.gXF VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 MaRi+3F 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 73V|6tmgY 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) /4a._@1h[y ln?v
j)j
@x"0_Qw file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd .q%WuQw 7![,Q~Fy 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 rM .|1(u [`^a=:*
z.GMqW%B A*2
bA 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 *
mOo@+89 D}dn.$ 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'J0wT# 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)
Ahk8 - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) c6X}2a'
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