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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) qm&Z_6Pw  
_%$(D"^j  
应用示例简述 pt!Q%rXm  
BLvI[b|3gn  
1.系统说明 t9Nu4yl  
 j{;RuNt  
 光源 k v}<u  
— 平面波(单色)用作参考光源 n_Ka+Y<  
— 钠灯(具有钠的双重特性) BOQeP/>  
 组件 #1C~i}J1  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 !tNJLOYf  
 探测器 [8K+  zT5  
— 功率 ", :Ta|  
— 视觉评估 X}5aE4K/  
 建模/设计 Bw[jrK  
— 光线追迹:初始系统概览 8zRb)B+  
— 几何场追迹+(GFT+): XT|!XC!|  
 窄带单色仪系统的仿真 ]%y~cq  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 hR$lX8  
L#`9# Q  
2.系统说明 DJ9;{,gm  
2z\4?HJy  
GD$jP?  
<}E^r_NvD  
3.系统参数 p ]zYj >e  
A!kNqJ2  
ikGH:{  
3PonF4  
QS~;C&1Hl  
4.建模/设计结果 l}DCK  
Ohm>^N;  
r]{fjw(~  
NS l$5E  
总结 m\lSBy6  
RT45@   
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 9 @yP;{Q  
1. 仿真 _e.b #{=9  
以光线追迹对单色仪核校。 ~EU[?  
2. 研究 ~?}/L'q!b  
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。  afEp4(X~  
3. 应用 n/"T7Y\2  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 r<oI4px  
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。 gkpNT)  
1>*]jj}  
应用示例详细内容 7[-jr;v  
系统参数 #^Dc:1,  
f*~ 4Kv  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 13Z6dhZu  
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。 %6 <Pt  
+k"dN^K]D  
#{0DpSzE5  
e>t9\vN#bx  
2. 系统参数 $U jSP  
.;tO;j |6  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 yT&bS\  
Z-<v5aF  
` OQ&u  
v%< _Mh  
3. 说明:平面波(参考) ) WIlj  
x=B+FIJ  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 SEchF"KJQF  
~+>M,LfK  
tL+8nTL  
cM4?G gn  
4. 说明:双线钠灯光源 f 5i`B*/  
73~Mq7~8  
:,q3?l6  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 3r em"M  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 6sy%KO*A  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 [/uKo13  
b+p!{  
8 (^2  
&`L5UX  
5. 说明:抛物反射镜 [bPE?_a,  
0acY@_  
^RWt  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 \>=YxB q  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 2K*-uT#$~  
J|FyY)_  
Aq'%a)Y2  
Bh' vr3|  
<M'IR f/D  
aJ)5DlfLR  
6. 说明:闪耀光栅 "(efd~.]  
NuO>zAu  
') 1sw%[2  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 )vU{JY;  
 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 H+5]3>O-$  
UiZ61lw  
pn $50c  
DpS6>$v8t  
aq5<Ks`r  
#8z\i2I  
7. Czerny-Turner 测量原理 n&C9f9S  
FY|x<-f  
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。 ?3Jh{F_+  
"tj#P  
\7j)^  
=hs@W)-O  
@E>^\!nH  
8. 光栅衍射效率 =!CuCV7$1O  
I@S<D"af  
Uqpvj90sw  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 :9h8q"T  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 bp$jD  
 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) }[DAk~  
#] GM#.  
]Cz16e&=2  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 5,c`  
|@g1|OWd|  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 IB6]Wj  
IcoL/7k3  
OWjZ)f/  
P&tK}Se^V  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 H\k5B_3OU  
4AM*KI  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Ji!-G4.n"  
-0X> y  
LX fiSM{o  
_-&.=3\1  
 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)。 heKI<[8l  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 31* 6 ;(  
|i`@!NrFL  
应用示例详细内容 HxMsH5;  
3PA'Uk"5Z  
仿真&结果 7asq]Y}<  
vRq xZN  
1. 结果:利用光线追迹分析 CN=&Je%I  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 uJOW%|ZN`  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 eI}VHBAz  
(6BCFl:/Q<  
vOK;l0%  
8[C6LG  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 4cQ5E9  
~{+{pcO}  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 OVyy}1Hx  
 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)。 -"e}YN/  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, YP<]f>SBt  
cWc)sb  
 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。 #FB>}:L{h*  
+*J4q5;E[?  
pNlisS  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms )!d1<p3  
I{zE73  
3. 衍射效率的评估 i'wF>EBz  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 <dL04F  
5G!U'.gr  
WQpJd7  
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。 $t$f1?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd RC(D=6+[C  
ge?-^s4M  
4. 结果:衍射级次的重叠 %20-^&zZ  
 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。 $/TA5h  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 #0u69  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 SSLs hY~d  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) d&bc>Vt  
 光栅方程: f^4*.~cB  
 _)E8XyzF  
6B/"M-YME  
9Nu#&_2R  
Q) BoWd  
5. 结果:光谱分辨率  #U52\3G  
9yo[T(8  
IKDjatn  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run / JeqoM"x  
a<'$`z|s  
6. 结果:分辨钠的双波段 % `T5a<  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 \a2oM$PX  
   ?gwbg*  
~e<'t4  
37- y  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 8ex:OTzn|  
2{kfbm-89t  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Jf<yTAm  
8+a<#? ;  
7. 总结 wT~;tOw~  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 `$Flgp0P  
1. 仿真 &IEBZB\/+&  
以光线追迹对单色仪核校。 J5p!-N`NS  
2. 研究 XjZao<?u  
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。 $;i$k2n:  
3. 应用 m2uML*&O5K  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 a/<pf\O  
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。 06 Esc^D  
扩展阅读 G\>\VA  
1. 扩展阅读 q\t>D _lU  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 cvV?V\1f  
R^M (fC  
 开始视频 c w]>a&d  
- 光路图介绍 O|OSE  
- 参数运行介绍 @52=3  
- 参数优化介绍 Sd$]b>b4O  
 其他测量系统示例: $ l sRg:J  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) [^d6cMEOlc  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) {iIg 4PzrU  
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