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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) m@yx6[E# xw3A |Aj?r 应用示例简述 (`d _DQ \r}*<CRr6 1.系统说明 (Li)@Cn% ?xt${?KP 光源 |99Z&
<8f — 平面波(单色)用作参考光源 o2^?D`Jr — 钠灯(具有钠的双重特性) 9!wm`'G8 组件 30h1)nQ$h} — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 ;{rl
Y> 探测器 {\kDu#18Ld — 功率 u
&{|f — 视觉评估 _LLE~nUK"/ 建模/设计 BtP*R,> — 光线追迹:初始系统概览 cKAZWON8;v — 几何场追迹+(GFT+): }J:WbIr0! 窄带单色仪系统的仿真 ]K%D$x{+\ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 s`,. & g%d&>y?1r 2.系统说明 yXA]E.K! [mQ*];GA
Q$2^m(?; D"n
3If% 3.系统参数 |Vc:o_n7 CYC6:g|)
4?e7s.9N LWP&Si*j JOx""R8T5 4.建模/设计结果 XcQ'( 2n5{H fpY
<txzKpM bq`0$c%hN 总结 f%Bm x{Ttq z/7"! 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ?ik6kWI 1. 仿真 ~TALpd 以光线追迹对单色仪核校。 O:G-I$F| 2. 研究 -\=kd {*B 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ;hp?wb 3. 应用 dDla?)F 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 W>]=0u4 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 !Pb39[f B\Y!5$ 应用示例详细内容 #&c}in"! 系统参数 pxs`g&3yd {!vz 6QDS 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 SwPc<Z?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。 o*WI*Fb' qbe9 CF'@_
ni x1_Wo; (1b%);L7 2. 系统参数 >|So`C3:e {pNf&' 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。 tvG/oe .1' IT0*~WMZ
tmI2BBv 4d0<uB&v' 3. 说明:平面波(参考) 0UT2sM$ 6?c(ue iL[ 采用单色平面光源用于计算和测试。 qjp<_aw f<0nj?
Ju7nvxC qZ7/d,w 4. 说明:双线钠灯光源 MM%c `Z0#IeX= !]k $a 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 `&yUU2W 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 K)"cwk- 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 Ng3 MfbFG Y-WYQ{
%%w]-`^h, [UHDN:y 5. 说明:抛物反射镜 JOIbxU{U_ T+[N-"N 8y{<M"v+/ 利用抛物面反射镜以避免球差。 ]l'W=_XDg 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 DN@T4!
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l&4TfzkY vO2 o/
dviL5Eaj /*bS~7f1 6. 说明:闪耀光栅 ODH@/ y3K9rf 5Qik{cWxBq 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 y$At$i>u 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 PQRh5km 8vM}moper
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Vet7a_ Fr)G
h> 7. Czerny-Turner 测量原理 2hRaYX,g ^Q]*CU+C 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 pCNihZ~ )dJaF#6j
vvLm9Tw ~3.1.
'A */n)_ 8. 光栅衍射效率 V,($I'&/ '@ M OCF\*Sx 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。 )>Oip 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 KD^>Vv# 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!09Pxc PY.c$)az>
n~l )7_G file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd s&p*.I]@> B3'qmi< 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 @M?N[LG =/"Of
-L6 rXQV@j :Q sGwhB 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 9/RbfV[) 5f7;pS< 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 "';'*x _`L,}=um'
f8)D| ]?xF'3# 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 SHPaSq'&N 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 phUno2fH _$By c(.c 应用示例详细内容 -@G|i$! 28-6(oG 仿真&结果 C8y 3T/G ~-Rr[O=E 1. 结果:利用光线追迹分析 n6[bF"v 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 (^Xp\dyZL 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Pv`yOx&nE 6z"fBF
er^z:1' ` &|Rs file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd -[v:1\Vv (hd^ 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 )__vPPko i 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 UKQ,]VC 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, oDx*}[/
9'Y~! vY 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 N-
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JTpKF_Za< animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms e6k}-<W*q '+Dn~8Y+9 3. 衍射效率的评估 m1VyYG 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 9">}@1k [Ym?"YwVX
1okL]VrI 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 XY1NTo.= file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd O:RPH{D >f19P+ 4. 结果:衍射级次的重叠 4*lShkL 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 Us M|OH5k VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 tk<dp7y7 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 +%6{>C+bZo 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) [L|H1ll 光栅方程: b'O>&V` 4<70mUnt
sZPPS&KoP3 uezqC=v$h ?@(_GrE- 5. 结果:光谱分辨率 wtetB')yD yVUA7IY
z*YkD"]B file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run gT'c`3Gkz kG
&.| 6. 结果:分辨钠的双波段 ~LuZpV 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 gf2l19aP B1JdkL 3h
d%81}4f: .Frc:Y{ 设置的光谱仪可以分辨双波长。 .Hl]xI$;+ (X,Ua+{ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 234OJ? 3@J0-w 7. 总结 ?a7PxD. 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 #!OCEiT_ 1. 仿真 0V"r$7(} 以光线追迹对单色仪核校。 3)T'&HKQ 2. 研究 dfiA- h 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。 \ZigG{ 3. 应用 E08FUAth]# 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 [95(%&k.Q 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。 1<fS&)^W 扩展阅读 =;7gxV3; 1. 扩展阅读 n%"q> 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 d `>M-:dF M3o dyO( 开始视频 'LpJ:Th - 光路图介绍 #gMMhB= - 参数运行介绍 BdG~y1%: - 参数优化介绍 A9Q!V01_ 其他测量系统示例: *j?tcxq - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) P\tP0+at - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 5:Pp62
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