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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) b' ~WS4xlD  
HYY+Fv5  
应用示例简述 6KD-nr{S  
4-$kc wA  
1.系统说明 %afF%y  
~d ~oC$=TC  
 光源 %Q;:nVt  
— 平面波(单色)用作参考光源 &!HG.7AY  
— 钠灯(具有钠的双重特性) pigu]mj  
 组件 m#RMd,'X  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 3Ljj|5.q  
 探测器 #cb9g   
— 功率 \]\h,Y8  
— 视觉评估 U#XW}T=|  
 建模/设计 |t;Ktl  
— 光线追迹:初始系统概览 frV_5yK'  
— 几何场追迹+(GFT+): o? K>ji!  
 窄带单色仪系统的仿真 <dz_7hR"  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 54RexB o  
!vHCftKel  
2.系统说明 2^U?Ztth6  
vy>(?[  
Lw?>1rTT/  
gI@nE:(m  
3.系统参数 zn|O)"C  
[?g}<fa  
yWr &G@>G  
W v,?xm  
Vn_>c#B  
4.建模/设计结果 H;Gs0Qi;  
$d&7q5[  
7~QAprwVS  
!!Yf>0u#  
总结 4e?cW&  
^nQJo"g\  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 wGHVq fm5  
1. 仿真 #ZHKq7  
以光线追迹对单色仪核校。 7&L8zl|K  
2. 研究 )[yKO  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 Cwji,*  
3. 应用 VwXR,(  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 N;=J)b|9  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 l9H-N*Wx  
piIGSC  
应用示例详细内容 /~?[70B}E  
系统参数 1Eryw~,,9i  
+hH7|:JQ  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 A!$sO p  
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。 +5kQ;D{+  
i/C0 (!  
DnF|wS  
7a.iT-*  
2. 系统参数 V@1,((,l  
q s9r$o.\l  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 cn9=wm\\  
~4ijiw$  
LXR>M>a`  
(YYwn@NGj  
3. 说明:平面波(参考) c-Qa0 Q  
Ow-;WO_HQ  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 \,I{*!hw  
mxwG~a'_  
oL9ELtb ]s  
1O90 ]c0  
4. 说明:双线钠灯光源 qJXf c||Zg  
iciRlx.$c  
Z/;8eb*B7  
 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。 Imo?)dYK  
 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)。 Nk9w ; z&  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 J]Q-#g'Z  
x\G<R; Q  
!VvM  
dmMrZ1u2  
5. 说明:抛物反射镜 M%Q_;\?]  
` ^z l =  
$^#q0Yx  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 cZw_^@!  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 ]:4\ rBR3  
"YV vmCp  
8%b-.O:_$  
JS&;7Z$KX  
+# @2,  
(IAR-957pN  
6. 说明:闪耀光栅 ~jC$C2A0  
k{^iv:  
.WGrzhsV  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 }O6E5YCm  
 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 C3C&hq\%  
D:N\K/p  
lhF)$M  
1EliR uJ  
M7(]NQ\TQ  
-TyBb]  
7. Czerny-Turner 测量原理 ' KNg;  
m khp@^5  
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。 h-*h;Uyc  
$,1KD3;+]  
gZ  {  
D#X&gE  
BM02k\%  
8. 光栅衍射效率 ,k,+UisG  
iDlg>UYd  
l_T5KV  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 #| m*k  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ^O3p:X4u  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) V:1_k"zQ  
8oP"?ew#  
FF30 VlJ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd RM!VAFH   
en16hd>^W:  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 z s[zB#  
!7Z?VEZ  
qB3=wFI  
(gUxS.zU  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 G5$YXNV  
(KphAA8  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 XC[bEp$  
~*RBMHs  
l'"Ici#7Ls  
L!:;H,  
 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)。 ujbJ&p   
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ^W[3Ri G  
`q?@ Ob&  
应用示例详细内容 Cvtz&dH  
Xxs0N_va&  
仿真&结果 W%K=N-kE_  
2?c%<_jPA  
1. 结果:利用光线追迹分析 h%U,g 9_  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 e|.a%,Dcy  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 PKt;]T0  
HJOoCf  
4,7W*mr3(  
m%i!;K"{s  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd x7c#kU2A&Z  
A55F* d  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 1h&_Q}DM  
 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)。 =b#,OXQ  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, NE-c[|rq  
Q%_MO`<]$  
 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。 >W=^>8u  
\Oa11c`6  
M[Mx g  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms VJ|8 0?4h  
vA0f4W 8+  
3. 衍射效率的评估 ag"Nf-o/Y  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 rA1;DSw6E[  
-o`|A767  
^a;412  
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。 m7,;Hr(  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd -y)g}D%  
+ZPn[|  
4. 结果:衍射级次的重叠 X6EnC57  
 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。 #:} mi;{  
 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)。 3 bl l9Ey  
 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。 Ct9*T`Gl  
 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) ^1z)\p1  
 光栅方程: JS0957K  
Hp-vBoEk  
p!2t/XIM  
j9$kaEf  
`Bv, :i  
5. 结果:光谱分辨率 N PE7AdB8  
^uWj#  
"AHuq%j  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run jI,?*n<  
hquN+eIDH  
6. 结果:分辨钠的双波段 w!m4  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 S *K0OUq  
   9l:vVp7Uk  
H4g1@[{|0O  
qwHP8GU  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 kaZ_ra;<  
[fr!J?/@  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ??=su.b  
G0pqiU6  
7. 总结 E#mpj~{-  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 |FJc'&)J"  
1. 仿真 A,! YXl[  
以光线追迹对单色仪核校。 6eAJ >9@x  
2. 研究 rd4mAX6@  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 td\'BV  
3. 应用 Z^ }4bR]  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 zr[|~-  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 .*g^ i`  
扩展阅读 wxo{gBq  
1. 扩展阅读 Z6_E/S  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 x @uowx_&m  
wTPHc:2  
 开始视频 ;$rh&ET  
- 光路图介绍 H0Ck%5  
- 参数运行介绍 zc%HBZ3p  
- 参数优化介绍 ;@G5s+<l  
 其他测量系统示例: 2M3C 5Fu  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) }R2afTn[;  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) q OX=M  
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