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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) 3Qv9=q|[b  
|<]wM(GxE  
应用示例简述 |[V6R\l39  
4`CO>Q  
1.系统说明 2Sy:wt  
f:t5`c.  
 光源 ,^iT,MgNNf  
— 平面波(单色)用作参考光源 ' z^v}~  
— 钠灯(具有钠的双重特性) <+ <o X"I  
 组件 5*"WS $  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 u8~5e  
 探测器 4mGRk)hk:>  
— 功率 $H,9GIivD  
— 视觉评估 Y% [H:  
 建模/设计 sQzr+]+#9  
— 光线追迹:初始系统概览 F0'o!A#|(  
— 几何场追迹+(GFT+): \<=.J`o{  
 窄带单色仪系统的仿真 3z 5"Ckzb  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 )]}68}9  
3v~}hV/RUy  
2.系统说明 |Pse=_i  
d D^?%,a  
H,fVF837  
j~ qm5}  
3.系统参数 ciPaCrV  
z\IZ5'  
y3 S T"U  
6 1K:SXj  
No/D"S#  
4.建模/设计结果 sMw"C~XL  
s[*I210  
\?k"AtL  
,S3uY6,  
总结 <,'^dR7,  
WoMMAo~  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 TkjZI}]2  
1. 仿真 Of$gs-  
以光线追迹对单色仪核校。 +Kg3qS"  
2. 研究 =~ j S  
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。 ~!dO2\X+  
3. 应用 dC}4Er  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 3D rW[\  
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。 Mw $.B#  
nqujT8  
应用示例详细内容 t4,(W`  
系统参数  -Ly A  
MW.,}f  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 [%7oq;^J  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 `>$l2,  
-+.-Ab7  
!% yd'"6Dl  
T+<OlXpL  
2. 系统参数 1A 9Gf  
;ZLfb n3\  
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。 "C%* 'k  
![@\p5-e  
/SYzo4(  
yNmzRH u  
3. 说明:平面波(参考) rexy*Xv`2p  
c"@,|wCUi  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 qgLj^{  
N u9+b"Wr  
lF1ieg"i M  
q1o)l  
4. 说明:双线钠灯光源 umj5M5oe3  
SSI('6Z/  
|h1 Y3  
 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。 \rf2O s  
 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)。 +LAjh)m  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 P&]PJt5  
f<~S0[H  
H;eOrX {GT  
@8 GW?R  
5. 说明:抛物反射镜 mq~L1< f  
N,NEg4 q[  
{VrjDj+Xy  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 #AUz.WHD  
 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。 at `\7YfQp  
? v2JuhRe  
_-g?6q  
v5o@ls  
0FD+iID  
' fm}&0  
6. 说明:闪耀光栅 G_a//[p  
-%x9^oQwY  
^aG=vXK`b  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 i^'Uod0d.  
 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 UN*XLHio  
j8ebVq  
(Q09$  
l6EDl0~r  
C|A:^6d3=  
h .$3 jNU  
7. Czerny-Turner 测量原理 .AgD`wba  
6- @n$5W0  
通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 C7[CfcPA  
jFBnP,WQ  
&<sN( ;%0R  
"xV9$m>  
qrmJJSJ  
8. 光栅衍射效率 C}{$'#DV2  
BK1Aq3*)  
Wg+fT{[f|  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 )0:@T)G  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 Vi~F Q  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) { +%S{=j  
pPdOw K#  
#Mz N7  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd OW12m{  
4V`ypFme  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 85fBKpEe  
v&EHp{8Qd  
W%=b|6E  
R3$K[Lv,  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 5!PU+9Kh  
v* nX  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 >#RXYDd  
ci^+T *  
S/ Y1NH  
7='M&Za  
 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)。 b:S#Sz$  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 9* %Uoy:  
DaW_-:@s  
应用示例详细内容 ;TK:D=p4  
 0FHX  
仿真&结果 IdlW[h3`[  
TY,w3E_  
1. 结果:利用光线追迹分析 uSs~P%@6|  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 j!;?=s  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 bYEq`kjzc  
m(Cn'@i`"0  
 [;D4,@A  
@^vVou_  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd JeJc(e  
uE>2 *u\  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 a<[@p  
 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)。 |/g\N, ]  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, +[JGi"ca  
j0k"iv  
 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。 9 z,?DBMvc  
~PUz/^^ s  
m&OzT~?_>N  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms _?3bBBy  
e jwFQ'wTx  
3. 衍射效率的评估 gU Cv#:  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 tWi@_Rlx;  
v!ULErs  
!9i,V{$c`"  
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。 c8gdY`  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd cT8jG ,+"}  
?0+D1w  
4. 结果:衍射级次的重叠 CCX\"-C  
 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。 ,|b<as@X  
 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)。 +E QRNbA  
 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。 _EOQ*K#=Ct  
 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:llGdU#2  
 光栅方程: 4.7ePbk[E  
s} ,p>8  
gydPy*  
8 @!/%"Kt2  
q]tPsX5{*  
5. 结果:光谱分辨率 8J%^gy>m]  
LI?rz<H!D  
{3C~cK{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run g^1M]1.f  
x<"e} Oo  
6. 结果:分辨钠的双波段 U\y];\~H  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 VZJs@qx:Z  
   H;}V`}c<`  
}(dhXOf\q  
:h N*  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 Tm@mk  
VVvV]rU~  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run w@ 4q D  
^l ~i>:V  
7. 总结 .-[UHO05^8  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 f>5{SoM  
1. 仿真 w:& m_z#M  
以光线追迹对单色仪核校。 [z`U 9J  
2. 研究 U=p,drF,A  
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。 <r,l  
3. 应用 IR|AlIv  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 :Cw|BX@??U  
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。 xe|o( !(  
扩展阅读 Q,Hw@w<1  
1. 扩展阅读 k#ED#']N  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 :sFP{rFx~  
RT8xU;   
 开始视频 kh 1 7  
- 光路图介绍 y:D|U!o2V  
- 参数运行介绍 R|ViLty  
- 参数优化介绍 "Q#/J)N  
 其他测量系统示例: <Jo_f&&{  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Io{)@H"f  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) fC2e}WR   
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