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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) w~;1R\?|  
1$q SbQ  
应用示例简述 ] GJIrtS4  
kRTT ~  
1.系统说明 O6YYOmt3  
)C<c{mjk(  
 光源 rts@1JY[  
— 平面波(单色)用作参考光源 S$=])^dur  
— 钠灯(具有钠的双重特性) &`Z>zT}  
 组件 [L{q  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 UCa(3p^V_  
 探测器 R3jhq3F\Y  
— 功率 U9SByqa1  
— 视觉评估 ]Yp;8#:1  
 建模/设计 V'mQ {[{R  
— 光线追迹:初始系统概览 mKvk6OC  
— 几何场追迹+(GFT+): ,~hvFTJI  
 窄带单色仪系统的仿真 y7u"a)T  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 f}Mc2PQ-  
H .JA)*b-  
2.系统说明 {3i.U028]  
f-k%P$"X&  
,l_"%xYx  
~Ub '5M  
3.系统参数 ,*+F*:o(m  
lOCMKaCD  
'Wn'BRXq3  
AcwLs%'sx  
-L NJ*?b  
4.建模/设计结果 Ev,>_1#Xm  
uv%T0JA/  
]L"jt8E  
jav7V"$  
总结 ==RYf*d  
U,gg@!1GJo  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 5hr$tkk L  
1. 仿真 ,ZHIXylZ  
以光线追迹对单色仪核校。 r,cV(  
2. 研究 c/jU+,_g  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 %|*tL7  
3. 应用 pV9$Vg?-H  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 B36_ OH  
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。 CCNrjaA  
h#dp_#  
应用示例详细内容 D{x'k2=  
系统参数 w<!F& kQB  
Q( U+o-  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 xA& tVQ2!  
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。 1Mn=m w  
&xo_93  
9. 6"C<eYt  
-y|>#`T/  
2. 系统参数 z\Hg@J&#  
s/"&k  
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。 8oK*NB29  
<~@}r\  
f~%|Iu1ob  
Y``50{7  
3. 说明:平面波(参考) v*iD)k:|t  
}`ox;Q  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ++w7jVi9  
!'8.qs  
>r1cW7  
9AF%Y:y  
4. 说明:双线钠灯光源 BCMQ^hP}t  
T1%_sq  
F$.h+v   
 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。 f^Sl(^f  
 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)。 $ @g\wz  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 s;e%*4  
# 2;6!_  
v7gs $'Q  
h]T  
5. 说明:抛物反射镜 O$z XDxn  
>!sxX = <  
1[p6v4qO{  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ;}1O\nngR  
 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。 uE] HU  
Vl'Gi44)3"  
xs,,)jF(u  
=\~<##sRJ  
dyWj+N5(  
O:%s;p 5  
6. 说明:闪耀光栅 4FQB%3>*  
qQjd@J}^  
nl<TM96  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ;$,b w5  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 L7\V^f%yCm  
3D 4-Wo4  
X'FDQoH  
<ks+JkW_  
!aQb Kp  
*I]/ [d  
7. Czerny-Turner 测量原理 h'lqj0  
#mKF)W  
通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 B 703{k  
*!oV?N[eA'  
=$mPReA3v  
Gb!R>WY  
y'L7o V?L9  
8. 光栅衍射效率 %\"<lyD  
!E7JDk''@  
-.xiq0  
 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。 }fO+b5U  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 G+7#!y Y  
 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) KE[!{O^(a  
"hi d3"G  
;gGq\c  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd FYs]I0}|  
CKI.\o  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ?}RPn f  
qP{Fwn  
fHK.q({Qc  
9U>OeTh(  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 "?%2`*\  
]*?lgwE  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 @yM$Et5  
&NKb},~  
CY~ S{w  
60TM!\  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 R1$s1@3I|  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 E)%D LZ  
\&_pI2X  
应用示例详细内容 .af+h<RG4$  
Um^4[rl:#g  
仿真&结果 S=}1k,I  
hCBre5  
1. 结果:利用光线追迹分析 40%fOu,u`  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 \5|MW)x  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 NX4G;+6  
fUMjLA|*I<  
!\VzX  
{p.^E5&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd w_h{6Kc<  
B"YN+So  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 9(3]t}J5 d  
 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)。 4VF4 8  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, WeJ=]7T'L  
en>n\;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。 IClw3^\l  
a,36FF~&  
C7O8B;  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms R_D&"&   
0!-'4+"  
3. 衍射效率的评估 %QG3~b% h  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 =r4sF!g  
+BeA4d8b  
Pbd[gKX_  
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。 /qKA1-R}4  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ;>uB$8<_7  
#+QJ5VI :  
4. 结果:衍射级次的重叠 (gnN </%  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 _Pno9|  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 n }b{u@$  
 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。 Nw9@E R  
 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)  v%$l(  
 光栅方程: p>,D F9W`  
W[I$([  
E mg=,  
\q?^DI:`   
: tBe/(e4#  
5. 结果:光谱分辨率 Ni8%K6]z  
t{g@z3  
Zb=;\l*&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ]0&X[?  
t{>#)5Pqv  
6. 结果:分辨钠的双波段 oP`:NCj\9  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 L[ZS17 ;*  
   T$`m!mQ4  
~n8UN<  
c(uD kX  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 je@&|9h  
>yr;Y4y7K  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run >|, <9z`D  
oKYa ?  
7. 总结 'Kk/ J+6U  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 GMg! 2CIU  
1. 仿真 :-O$rm  
以光线追迹对单色仪核校。 T_!F I29  
2. 研究 !zt>& t  
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。 ;e*okYM  
3. 应用 \?oT.z5VG&  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Ux1j+}y  
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。 2Y%7.YX"  
扩展阅读 A +=#  
1. 扩展阅读 `y61Bz  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 w,X)g{^T  
pfu"vo(t_  
 开始视频 g0"xG}d  
- 光路图介绍 ,}\LC;31,  
- 参数运行介绍 jI'?7@32`  
- 参数优化介绍 f,i2U|1pbj  
 其他测量系统示例: z6}p4  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) O:8 u^ TP  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) A9N8Hav  
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