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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) G#n^@kc*,  
R_Gq8t$  
应用示例简述 %wjB)Mae  
S`c]Fc  
1.系统说明 ?gR\A8:8  
n E,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<o E!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}rgO z.  
0a2$P+p  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 )g9)IF  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 ~^lH ^J   
3{Na ZIk  
;g: UE  
i"%JFj_G  
2. 系统参数 V17>j0Ev$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$X  
o2;(VSKhS  
OZ(Dpx(Q  
5. 说明:抛物反射镜 '8s>rH5[V  
:d;[DYFLxb  
Wyy^gJl  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ?r{TOj n  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 >%9^%p^  
H"#)&a7  
_R EqT  
r0)JUc}Fyq  
6yE'/VB<  
%9t{Z1$  
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$M,*Dnr  
K'x4l,rq  
St6aYK  
Iha[G u  
8. 光栅衍射效率 @zo7.'7P   
w'A tf  
%Nj #0YF]  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 doBNghS  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 S"zk!2@C  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) 27m@|M] R  
uM<|@`&b  
yk<VlS  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Hk@r5<{  
y`4{!CEyLW  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 bMsECA&  
0mTEim  
)Nbc/nB$  
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  
f e|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?pZ72 q  
OqBC/p B  
仿真&结果 @T ysXx  
^2E hlK^)  
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  
9 6=Z"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 3 CM^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)k y/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;\7 r+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=M 5b  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run >zngJ$  
"^Rv#  
6. 结果:分辨钠的双波段 z vO:"w}  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 2*2:-o cl$  
   bd== +   
L:@fP~Erh  
{C")#m-0  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 n]yEdL/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{$Ic  
1. 仿真 =&vFVIhWcf  
以光线追迹对单色仪核校。 5 1dSFr<#  
2. 研究 Ri)uq\E/#  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 O0hu qF$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 W Zn.;  
 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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