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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) nt`<y0ta  
>Fh#DmQ  
应用示例简述 IDmsz  
5 ZUy:  
1.系统说明 [Pqn 3I[  
x~(y "^ph  
 光源 X8.y4{5  
— 平面波(单色)用作参考光源 kpT>G$s~gy  
— 钠灯(具有钠的双重特性) <[5#c*A  
 组件 4g'}h`kh  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 H oS|f0  
 探测器 =VCQ*  
— 功率 w=$'Lt!  
— 视觉评估 '{W3j^m7  
 建模/设计 uf?b%:A  
— 光线追迹:初始系统概览 NCxn^$/+>9  
— 几何场追迹+(GFT+): w%I8CU_}.  
 窄带单色仪系统的仿真 Bpas[2gYC  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 U_}hfLILi  
-PXoMZx%  
2.系统说明 U[Nosh)hu\  
F%y{% C7l  
'M lXnHxt  
)?9\$^I  
3.系统参数 jB/V{Y#y9@  
y\z*p&I  
#\0TxG5'QA  
Q.>/*8R;  
?AT(S  
4.建模/设计结果 6,3}/hgWJ$  
^K/G5  
`_ 0)kdu  
_Z0\`kba+  
总结 T&!ZD2I  
0hb/`[Q  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 M(NH9EE  
1. 仿真 2\ ,e  
以光线追迹对单色仪核校。 rF'<r~Lw  
2. 研究 cL ae=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。 @,GjeF]!  
3. 应用 :`;(p{  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 "TUPYFK9  
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。 wyNC|P;j$g  
?&XzW+(X  
应用示例详细内容 h2AGEg'g2[  
系统参数 q< b"M$  
!4_!J (q%  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 *qbRP"#[$  
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。 M;V&KG Z  
<TL])@da  
2S'AIuIew  
8KZ$ F>T]>  
2. 系统参数 $>EqH?EQ  
TdNsyr}JG  
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。 ~.FnpMDY  
rAL1TU(vm  
 &Q<EfB  
yg`E22  
3. 说明:平面波(参考) eS* *L 3  
ktU9LW~  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Q})t<l+L  
 .fbYB,0w  
]}_p3W "Y9  
w<btv]X1  
4. 说明:双线钠灯光源 rtcJ=`)0`  
,!jR:nApE  
JThk Wx  
 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。 \f6lT3"VN  
 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)。 <\+Po<)3j  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 3e#x)H/dr  
1V#0\1sj  
l.sm~/  
s z;=mMr/Z  
5. 说明:抛物反射镜 gQu\[e%mVo  
8u4gx<;O  
"$# $f  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 [kVpzpGr  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 zUe#Wp[  
i:MlD5 F  
IvPA|8(  
Dm&lSWW`/  
qxRT1B]{Wx  
MoZU(j  
6. 说明:闪耀光栅 YCtIeq%  
u!hqq^1  
pZyb  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Bk\*0B  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 ?psOj%  
'SsPx&)l  
Ej-=y2j{g  
r!"CH5dT  
C~3@M<X  
U/}AiCdj@  
7. Czerny-Turner 测量原理 r0rJ.}!  
mABwM$_  
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。 B7NmET4  
Fcu Eeca  
,e}mR>i=e  
J R 8 Z6  
I8E\'`:<  
8. 光栅衍射效率 2<`gs(oxXe  
gt].rwo"  
]L5Z=.z&  
 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。 ; |E! |w  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 'p4da2%  
 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) w*|=k~z  
Requ.?!fG;  
V\e13cL]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd @vVRF Z  
'fp<FeTg  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 C*Y :w  
[wXwKr  
F[Guy7?O  
7]<F>97  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 Z<$E.##  
F$"MFdc[  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 )'/nS$\E:  
r7]?g~zb  
\4]zNV ~x  
6Zl.Lh  
 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)。 USHlb#*  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 SNopAACf1  
{ ="Su{i}}  
应用示例详细内容 ;r0|_mnf  
RGx]DP$5G  
仿真&结果 cq@_*:~Or  
B6Wq/fl/  
1. 结果:利用光线追迹分析 [F BCz>  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ? bUpK  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 #NVF\  
qCxD{-9x{  
N4Fy8qU;  
6B!j(R  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ]iE.fQ?;J  
/z.7: <gZ(  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 :!Y?j{sGU  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 JYVxdvq1  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, N c&i) qh  
]Lb?#S  
 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 Wzf1-0t  
~T p8>bmSR  
XeIUdg4>R  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 6|"!sW`%N  
9$\;voo  
3. 衍射效率的评估 Ndug9j\2  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 cA (e "N  
[Q.4]K2  
#$vhC u<I  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。  7KSGG1ts  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 8KL_PwRX_f  
\+evZ{Pu  
4. 结果:衍射级次的重叠 %t5BB$y  
 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。 zb~MF_&gE  
 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)。 -'p@ lk  
 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。 5sh u76  
 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) A 4W  
 光栅方程: E;GR;i{t  
PhI6dB`  
d;NFkA(df  
]ZryY EB  
#@\NdW\  
5. 结果:光谱分辨率 \w0b"p  
x[O#(^q  
rJc)< OZjT  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run % Dr4~7=7a  
;~gd<KK  
6. 结果:分辨钠的双波段 Oih2UrF  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 yzM+28}L<I  
   ]Re~V{uh  
1f pS"_}  
cLyuCaH>c  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 x 1xj\O  
?m_RU  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run  \#+2;L  
}fZ =T4r  
7. 总结 EDidg"0p  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 3!oQmG_T  
1. 仿真 vb"dX0)<  
以光线追迹对单色仪核校。 .dKRIFo  
2. 研究 FG5c:Ep  
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。 4(0t GF  
3. 应用 %d[xr h  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 zyp"*0zUr  
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。 |gRgQGeB  
扩展阅读 n-b<vEZw#  
1. 扩展阅读 % 6hw  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 IL6f~!  
^3)2]>pW  
 开始视频 o? O,nD 6  
- 光路图介绍 h^_taAdS`  
- 参数运行介绍 |Q)w3\S$  
- 参数优化介绍 k-ex<el)#  
 其他测量系统示例: f~"V  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) v yLAs;  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) -z 5k4Y  
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