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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) o 2 5kFD  
o4b!U%  
应用示例简述 ]8q5k5~  
X"W%(x`w  
1.系统说明 q($lL~Ls  
V X<ZB +R  
 光源 "9 -duDg  
— 平面波(单色)用作参考光源 d{f3R8~Q.  
— 钠灯(具有钠的双重特性) Es kh=xA {  
 组件 HB$*xS1  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 S #X$QD  
 探测器 <4y1[/S  
— 功率 Jr18faEZw  
— 视觉评估 #(jozl_8  
 建模/设计 aho;HM$hjP  
— 光线追迹:初始系统概览 u!%]?MSc  
— 几何场追迹+(GFT+): ctOC.  
 窄带单色仪系统的仿真 Ho?+?YJ#P  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 OxqbHe  
Ou; ]>FJ  
2.系统说明 J! >HT'M  
^\cB&<h  
56*}}B$?  
f{lg{gA(  
3.系统参数 {W }.z  
4T6dju  
>#R<*?*D}  
HB\y [:E  
|Gjd  
4.建模/设计结果 A0M)*9 f  
;tI=xNre`1  
e(BF=gesgp  
2"nd(+ QH  
总结 |nXs'TO'O  
/Z>#lMg\.  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 $qy%Q]  
1. 仿真 6@!<' l%z  
以光线追迹对单色仪核校。 c\.4I4uy  
2. 研究 [e ;K$  
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。 _p7c<$ ;  
3. 应用 i}RxTmG<  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 UioLu90 P  
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。 Cdiu*#f  
Aa.bE,W  
应用示例详细内容 ^MUtmzh  
系统参数 j0o_``  
/bVU^vo  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 S8<O$^L^  
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。 -U"(CGb5  
1I KDp]SN  
x!MYIaZ7  
bWwc2##7jo  
2. 系统参数 Revc :m1o  
%`HAg MgP  
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。 O} QTg  
G(|ki9^@"9  
I9ubVcV8  
J`uV $l:  
3. 说明:平面波(参考)  HlPf   
<"AP&J'H  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 jRXByi=9  
MH`f!%c  
hI;tB6  
~0|Hw.OK  
4. 说明:双线钠灯光源 Yc/rjEn7O  
ed2QGTgR  
(m=-oQ&Ro  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 1Xt% O86  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 ?A2#V(4  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 WWc{]R^D  
xg/3*rL  
&I:5<zK{  
M2[;b+W9  
5. 说明:抛物反射镜 lycY1lK  
B:a&)L wp0  
PE|_V  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 \$V~kgQ0  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 y0M^oLx  
d5\w'@Di  
!CTchk<{(  
B~V^?."  
0tC+?  
GG5wiN*2S  
6. 说明:闪耀光栅 !BP/#  
xYRN~nr  
votv rZ=  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 `Ou\:Iz0u  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 lSUEE0V%Q  
't{~#0d=  
9h<];  
#Fl "#g$  
weU'3nNN  
{l%Of  
7. Czerny-Turner 测量原理 B4r4PSB>!  
9sFZs]uM  
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。 'mp@!@_  
0g,;Yzm  
1CU-^ j  
;x$,x-  
!<Ma9%uC{  
8. 光栅衍射效率 93$'PwWgiF  
Q.>@w<[!L  
BRPvBs?Q,{  
 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。 75u/'0~5  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 u K6R+a  
 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) HJo&snT3  
%YlL-*7 L  
Kp'_lKW)]q  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd b lP@Cn2  
KaNi'=nW  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 /X~l%Xm  
s3>,%8O6  
zt/b S/  
0/S|h"-L  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 V##=-KZ  
_HW~sz|  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 7xTgG!>v  
RSC^R}a5  
}><Vc ouJ[  
:hr% 6K7  
 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)。 5R\{&  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 7g8}]\i+  
4{=zO(>  
应用示例详细内容 %nk]zf..  
;gLHSHEA  
仿真&结果 +!h~T5Ck  
SR)G!9z_/  
1. 结果:利用光线追迹分析 Ri=:=oF(  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。  +:k Iq  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 VW:WB.K$  
y.(Yh1  
X|zQZ<CO  
?~X*\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd yB0xa%  
_;L%? -2c  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 un([3r  
 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)。 ySAkj-< /P  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, > Dy<@e  
-< D7  
 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。 NbgK# ;  
O{b<UP'85  
_/(DEF+G  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms w=Ai?u  
:0@R(ct;>  
3. 衍射效率的评估 [d 30mVM  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 vP6NIcWC3  
T'_#Dwmj*  
9<0TF+}>  
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。 `#@#e Z  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd s8BfOl-  
aT|SKb`  
4. 结果:衍射级次的重叠 jB) RvvMU5  
 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。 O?\UPNb:K  
 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)。 $d0xJxM  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 5&A{IN  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) :kU#5Aj gK  
 光栅方程: Q1f)uwh  
1i=lJmr  
^4MRG6G  
Ac^hZ.qPz  
j IO2uTM~  
5. 结果:光谱分辨率 a(.q=W  
0\tV@ 6p2=  
?e=3G4N  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 55O_b)$  
<&w(%<;  
6. 结果:分辨钠的双波段 ;OC~,?O5  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 CE,0@%6F*  
   CgT5sk}  
`-_kOxe3  
PmjN!/  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 h]6m+oPW  
^*?mb)  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run *2,tGZ  
aI.5w9  
7. 总结 ,c]<Yu  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ! 2=m |,  
1. 仿真  N>V\  
以光线追迹对单色仪核校。 ~ eNKu  
2. 研究 d.e_\]o<@  
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。 eewlK]  
3. 应用 9U]3B)h%m  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Pzt 5'O@dA  
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。 $sILCn  
扩展阅读 xg(* j[ff3  
1. 扩展阅读 y':JUwUN  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 9 AWFjoXl"  
f]sc[_n]  
 开始视频 .@KI,_X6,  
- 光路图介绍 JnE\z*NB  
- 参数运行介绍 =|+%^)E  
- 参数优化介绍 Wf!u?nH.5  
 其他测量系统示例: J;DTh ]z?:  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) }1kZF{KD<[  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) TI5<' U)  
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