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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) 4Z,MqG> W-2,QVp% 应用示例简述 -b8Vz}Y #2s$dI 1.系统说明 DR;rK[f hIE$u t + 光源 xM'bb5 — 平面波(单色)用作参考光源 eNR>W>;' — 钠灯(具有钠的双重特性) *Mgl X< 组件 WL:CBE# — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 > X<pzD3u 探测器 f.4r'^ — 功率 9 "7(Jq — 视觉评估 u,I_p[`E 建模/设计 )l~:Puvh — 光线追迹:初始系统概览 (
$A0b — 几何场追迹+(GFT+): -W<x|ph
U 窄带单色仪系统的仿真 !RN(/ &%y 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 fYBmW') gs7h`5[es 2.系统说明 ~dg7c{o5 EBc_RpC/Z
]c4?-Vq%u ]3nka$wA* 3.系统参数 ihS;q6ln ;EDc1:
K-vG5t0$\/ n]S
DpptM m^I+>Bp/: 4.建模/设计结果 *mwHuGbZed V(u#8M
LQ(z~M0B Q8OA{EUtq 总结 e=e^;K4 l+`f\ }, 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 o."k7fLB 1. 仿真 LX;w~fRr. 以光线追迹对单色仪核校。 &3~lZa;D 2. 研究 Oh)s"f\N 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 :Yeo*v9 3. 应用 P@lDhzd 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 HGM ?
?= 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 iYJ: P s F-{( 应用示例详细内容 }81eef4$S 系统参数 qmQ}
0se0AcrW 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 =Y!x 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。 j=c=Pe"?u B6 rz
;J[ed>v;3 17kh6(X 2. 系统参数 2w"Xv,*.'i TNun)0p 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。 YNHQbsZUI, Q5%$P\
F9h'.{@d
S\wh
*'Y 3. 说明:平面波(参考) /L |$*
Xj ' b?' u 采用单色平面光源用于计算和测试。 DNTkv_S 5@ c/,6l
}7Lo}} B:5N Ia 4. 说明:双线钠灯光源 (S<Z@y+d 10.u B"; >zF 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。 hv.33l 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)。 MC\rx=cR\ 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 xbUL./uj %3SBs*?
'2LK(uaU Ebk9[= 5. 说明:抛物反射镜 7c.96FA t?&@bs5~g Gz09#nFZk 利用抛物面反射镜以避免球差。 nrFuhW\r 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。 /i!3Fr" :2v^pg|
[l`_2{: @$:T]N3m
rHSA5.[1P p-CBsm5P 6. 说明:闪耀光栅 (v/mKG yg l( Y
U9dp 1&7~.S;km 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 &PE/\_xD_ 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 !\'NBq, h
eR$j
n8K FP 6_rgj{L
E:7R>.g k_,wa]ws$ 7. Czerny-Turner 测量原理 LvM;ZfAEv r0Cc0TMdj 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。 #.j[iN
:+ {.r
jp`39
n "J+?~9 +KcD Y1[ M94zlW< 8. 光栅衍射效率 *m>XtBw. NT1"?Thx| U07G&?/ 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。 178u4$# b 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 s:p6oEQ=J 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) BH;7CK=7R RX"~m!26
",O}{z file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd X:/Y^Xu ^7p>p8 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 VX'cFqrK3 q8=hUD%5C
1woBw>g d*cAm$ 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 8T]x4JQ0 mh$ Nwr/W: 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 <H]1 6 }#bX{?f
\9Yc2$dY r5s$#,O/&Q 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)。 "d3qUk 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 lFZ}. KD(}-zUs 应用示例详细内容 Cju%CE3a %=PGvu 仿真&结果 $LXz
Q>w9 4Yx\U 1. 结果:利用光线追迹分析 cs\/6gSCo 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 _?m%i]~o 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 \J?l7mG ^{l^Z
+b.
Xlp $xp" YT@D*\ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd cy%S5Rz OtsW>L@ O( 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 FHv^^u'@ 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 H}f}Y8J{ 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 9|K3xH
%9HL" 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 Up*.z\|'y <<iwJ
U%:
c&]nAn( animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ),%(A~\ {zmh0c;| 3. 衍射效率的评估 >I&'Rj&Mc 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 xkPH_+4i8 Ug~]!L
C\RJ){dk 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 MzP
q(`W file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ~MZEAY9 #ts;s\! 4. 结果:衍射级次的重叠 2*5]6B-( 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 65g"$:0 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)。 R4x!b`:i 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。 XqxmvN 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) NW
AT" 光栅方程: W_\~CntyZ +/|;<K5_LI
4IUdlb ob(S/t @5tW*:s 5. 结果:光谱分辨率 B*c@w~E Rg,]du u?
J.;{`U=: file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 9=FqI50{ 3Gyw^_{J 6. 结果:分辨钠的双波段 u}~j NV 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 xoQ;fVNp -l2aAK1M
&'{?Y;A t_\;G~O9-M 设置的光谱仪可以分辨双波长。 5 52U~t )u67=0s2i+ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run TTQ(\l4 *ke9/hO1i 7. 总结 vXUq[,8yf 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 6U!zc]> 1. 仿真 "%[a Wb 以光线追迹对单色仪核校。 = 3("gScUj 2. 研究 tY>_+)oi 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。 M tD{/.D> 3. 应用 <{"Jy)Uf 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 3l?-H|T 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。 +@5@`"Jry 扩展阅读 ~V`F5B 1. 扩展阅读 8Vf]K}d 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 0[QVU,]< +ia N[F$ 开始视频 ?K>=>bS^h - 光路图介绍 L4) - 参数运行介绍 g71|t7Q - 参数优化介绍 </@3}rfUPg 其他测量系统示例: _ giZ'&l! - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) l+n0=^ Z - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) r@v_hc
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