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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) &cZl2ynPi +!cibTQTT 应用示例简述 ZtGtJV"H S0w:R:q}L 1.系统说明 @kW RI* m Q" G;L 光源 S+bpWA — 平面波(单色)用作参考光源 G]zyx"0Sqb — 钠灯(具有钠的双重特性) H(tT8Q5i 组件 i\dd — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 5pH6] $ 探测器 V*gh"gZ< — 功率 >4&0j'z"
— 视觉评估 6PT"9vR`) 建模/设计 in7h^6?I — 光线追迹:初始系统概览 opgNt o6$ — 几何场追迹+(GFT+): I9L7,~s 窄带单色仪系统的仿真 MW|R)gt 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 >Xi/ p$$7u QxT\_Nej*n 2.系统说明 H>F j .`jYrW-k
rUg|5EN^)d H,EGB8E2 3.系统参数 ^{a_:r" C."\ a_p
&3 *#h =Q #d0Q dy]ZS<Hz8G 4.建模/设计结果 |4rqj1*U #ri;{d^6
HcM/ jI%glO'2 总结 rgF4 W8 Y+{jG(rg.F 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 3.6Gh|7 1. 仿真 nh+Hwj#(x 以光线追迹对单色仪核校。 uM,R +)3 2. 研究 vZ1?4hG 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 0UhJ
I 3. 应用 9V|)3GF 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 &qP0-x) 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Of>2 m< ?5;N=\GQ 应用示例详细内容 t==\D?Rt 系统参数 5zz">-Q ! 1Gy
[^ 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 8^67,I-c Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 aSMoee@! &WZ&Tt/)/
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R <R?S 2. 系统参数 #gVWLm< 7^C&2k5G 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 Dt\rrN:v EiVVVmm!
{E0\mZ2 }Fsr"RER@{ 3. 说明:平面波(参考) \h?6/@3ob O8~RfB 采用单色平面光源用于计算和测试。 -$$mr U tX6_n%/L
[5]n,toAh x[xRqC
vL 4. 说明:双线钠灯光源 3H|drj:KV 8erG]( 3taGb>15 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。 i,t!17M: 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)。 ^SK!?M 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 F` &W5[ z[@i=avPG
F\^\,hy 2#ZqGf.'v 5. 说明:抛物反射镜 gq@8Z
AWn nuVux5: #8~ygEa} 利用抛物面反射镜以避免球差。 1Vc~Sa 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。 USaa#s4' =R "LB}>h}
@$iZ9x6t m6#a{
#M4LG; B 6)BPDfU, 6. 说明:闪耀光栅 \(--$9 `"hWbmQ R x( yn 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 !a25cm5ys 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 {rK]Q! yj EwmNgmYq
=iH9=}aBFC q|0l>DPRp
I@\D
tQZ R+_!FnOJ 7. Czerny-Turner 测量原理 0
/9 C=v "n)AlAV@ 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。 , &n"# 1Wiz0X/
_#MKp H Djdd|Z+*{ UWhJkJsX 8. 光栅衍射效率 3rd8mh&l M2c7| L62%s[ 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。 aGfp"NtL 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 c{ +bY.J 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) 7WUvO :H&G}T(#
y?P`vHf file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd O&&_) 7\[fjCg\w 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 -Sn'${2 t\a|Gp W
M<*WC{ U=7nz| 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 z@w}+fYO +95v=[t#Ut 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 t72rCq QC [~X&J#
N3*1,/,l. 8qaU[u&$ 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)。 U^BM 5b 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 m(d|TwG{ (xoYYO 应用示例详细内容 RgW#z-PZF s$?LMfT 仿真&结果 SWY 6/?onEL9_ 1. 结果:利用光线追迹分析 jwBJG7\ 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 yTh%[k 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 <P'FqQ] f$n5$hJlQ
i;s;:{cn U8y?S]}vo file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd \G7F/$g HZ2W`wo 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 2H0BNrYM 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)。 D4{KU%Xp& 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, Dg"szJ-
B /w&Lo 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。 YYPJ(o\ m{?f,Q=u@
M8<Vd1-5 animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms _H@ATut 5ya^k{`+ZO 3. 衍射效率的评估 ZTz07Jt 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 B>m*!n:l "}`)s_rt
u%+k\/Scp. 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。 )7.DF|A file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd %D8.uGsh Ox&G
[ 4. 结果:衍射级次的重叠 QIevps* 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。 .UNV &R0 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)。 Mqvo
j7 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。 X(X[v] 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) Qubu;[0+a 光栅方程: v=0G&x=/ n*A1x8tn
0V21_".S zxCx2.7 !khEep} 5. 结果:光谱分辨率 y%;o dt,Z^z+"E
ujSoWs file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run (.V),NKG jVQ89vf
~ 6. 结果:分辨钠的双波段 @sA!o[gH 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 FE&:? la_c:#ho
&JqaIJh
,xVAJ6_# 设置的光谱仪可以分辨双波长。 gCC7L(1 / +% file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run
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6o u;-fG9xs 7. 总结 9jqsEd-SW 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 /\h*v!: 1. 仿真 .6azUD4 以光线追迹对单色仪核校。 @`:X,]{ 2. 研究 B 5|\<CF 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。 Cp"7R&s 3. 应用 ,&WwADZ-s 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 PC<_1!M] 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。 nWY^?e'S 扩展阅读 BR@m*JGajz 1. 扩展阅读 /B~[,ES@1 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 -[
gT}{k! =(D"(OsQ/ 开始视频 u"*DI=pwb - 光路图介绍 +jwHYfAK) - 参数运行介绍 T!KwRxJ23 - 参数优化介绍 S* O .
? 其他测量系统示例: ~vt9?(h - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) %J^x `P - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) y7fy9jQ
8.
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