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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) G#n^@kc*, R_Gq8t$ 应用示例简述 %wjB)Mae S`c]Fc 1.系统说明 ?gR\A8:8 nE,gQHw 光源 wEfz2Eq — 平面波(单色)用作参考光源 UiK+c30FU — 钠灯(具有钠的双重特性) 'hlB;z|T 组件 9<A\npD — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 ~6:LUM 探测器 Kcw1uLb — 功率 L`\`NNQC — 视觉评估 R)d99j^" 建模/设计 K_&c5(-(_ — 光线追迹:初始系统概览 /SCZ& — 几何场追迹+(GFT+): lNaez3 窄带单色仪系统的仿真 w{r(F` 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 W\>^[c/ GIC"-l1\ 2.系统说明 ?BDlB0jxzi )"_Ff,9Z! y/@;c)1b9 :n+y/6* 3.系统参数 uq|vNLW26 UL)" FI`nRFq)C -; us12SZ z<oE!1St 4.建模/设计结果 B;z>Dd,Y_x <t[Z9s$n 1=/doo{^ &N/|(<CB 总结 )4!CR /ao )]/i 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 + 9\:$wMN 1. 仿真 NoJnchiU 以光线追迹对单色仪核校。 -[zdX}x.: 2. 研究 agU%z:M{ 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。 QH7V_#6bKP 3. 应用 L876$ 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 DMAf^.,S 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。 A*\o
c YW?7*go'Z 应用示例详细内容 <}28=d 系统参数 j}rgOz. 0a2$P+p 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 )g9)IF Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 ~^lH ^J 3 {NaZIk ;g:
U[cE i"%JFj_G 2. 系统参数 V17>j0Ev$W Vqa5RVnI 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。 >W`S(a Mn :"M9*XeHO ,]~u:Y} o,S!RG& 3. 说明:平面波(参考) v%H"_T &Pu+(~'Q 采用单色平面光源用于计算和测试。 C6K|:IK{ OLk9A ruZYehu1W ki;!WhF~ 4. 说明:双线钠灯光源 Zz"I.$$[M l;XU#6{ zyaW3th 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$9@j2
双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 0M$#95n 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 |. J,8~x >EBZ$ X o2;(VSKhS OZ(Dpx(Q 5. 说明:抛物反射镜 '8s>rH5[V :d;[DYFLxb Wyy^gJl 利用抛物面反射镜以避免球差。 ?r{TOjn 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。 >%9^%p^ H"#)&a7 _REqT r0)JUc}Fyq 6yE'/VB< %9t{Z1$ 6. 说明:闪耀光栅 j(0Ilx|7v "/Y<G mbF(tSy 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 *,"jF!C&[ 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 MQwIPjk8 x|.v{tQa ec`bz "1 9GO}&7 6tOCZ'f *%:@
cbF-M 7. Czerny-Turner 测量原理 <v]z6B@9! uCw>}3 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。 *3;UAfHv 2$M,*Dnr K'x4l,rq St6aYK Iha[Gu 8. 光栅衍射效率 @zo7.'7P w'A tf %Nj #0YF] VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 doBNghS 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 S"zk!2@C 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) 27m@|M] R uM<|@`&b yk<VlS file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Hk@r5<{ y`4{!CEyLW 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 bMsECA& 0mTEim )Nbc/nB$ j?xk& 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 R\*)@[y9l fe|g3>/| 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 $ADPV,*gG Jn=42Q:> s
D_G)c RAV^D. 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)。 3E,DipHg 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ]BfS270 fYB*6Xb,w 应用示例详细内容 r?pZ72q OqBC/p
B 仿真&结果 @TysXx ^2EhlK^) 1. 结果:利用光线追迹分析 KnJx{8@z 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Q/py qe G 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 xI?0N<'.*q MWs~#ReZ tw<P)V\h 96=Z" file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 3C M^j<9 [/cIUQ 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 T`\]!>eb 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)。 s)ky/ce 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, H@D;e IE;\7r+h 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。 <B) 89Z#|#uM5 2bLI%gg3 animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 1[-vD= 4&{!M
_ 3. 衍射效率的评估 <
bFy(+ 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 V&*D~Jq zsVcXBz >3PMnI 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。 @7W?8 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd \}#@9= ;7Okyj6EP 4. 结果:衍射级次的重叠 c<4F4k7 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。 z)}!e,7 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)。 JoJukoy}F 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。 b7Oj<!Wo` 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) ubbnFE&PD 光栅方程: OCNPi4 : @6mFTV TQc@lR! -Sz_mr oa`#RC8N 5. 结果:光谱分辨率 6G of.:"f 0%<+J;'o ,lm=M5b file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run >zngJ$ "^Rv# 6. 结果:分辨钠的双波段 zvO:"w} 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 2*2:-ocl$ bd==+ L:@fP~Erh {C")#m-0 设置的光谱仪可以分辨双波长。 n]y EdL/1 C6jR=@42Q file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 7-*=|gl+ e2w&&B- 7. 总结 D4Etl5k 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 aG{$Ic 1. 仿真 =&vFVIhWcf 以光线追迹对单色仪核校。 5 1dSFr<# 2. 研究 Ri)uq\E/# 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 O0huqF$K 3. 应用 pe.QiMW{8 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 qP1FJ89H 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。 ~h)&&'a 扩展阅读 vH[Pb#f- 1. 扩展阅读 4kl Ao$ 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 R_N:#K.M QDTNx!WL 开始视频 vmX"+sHz$] - 光路图介绍 %J~WC$=Qv - 参数运行介绍 z|N3G E(.@ - 参数优化介绍 WZn.; 其他测量系统示例: }dYBces - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Vf $Dnu@}z - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 1^G{tlA-
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