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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) 41\r7 BS  
-68E]O  
应用示例简述 z:Sr@!DZ  
q(tdBd'o6  
1.系统说明 Vfm (K  
UkO L7M  
 光源 @I\&-Z ^  
— 平面波(单色)用作参考光源 4';~@IBf  
— 钠灯(具有钠的双重特性) >.P/fnvJ  
 组件 iw`,\V&  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 P=Au~2X  
 探测器 '|v??`o#  
— 功率 d%IM`S;fh  
— 视觉评估 H@!\?5I  
 建模/设计 >U.)?>G/dt  
— 光线追迹:初始系统概览 `RRC8]l  
— 几何场追迹+(GFT+): 94 2(a  
 窄带单色仪系统的仿真 [&6VI?  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 {J`]6ba  
| rY.IbL  
2.系统说明 p&Os5zw;|  
'Q R @G  
XiP xg[;  
+`;YK7o  
3.系统参数  y">_$  
p i ;,?p-  
tbx* }uy2  
=Gka;,n  
P>*B{fi^  
4.建模/设计结果 a4zq`n|3U  
* $  
)qg cz<p?W  
sTn}:A6  
总结 <=]wh|D  
{'.[N79xP  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Ch3{q/-g  
1. 仿真 i_ha^mq3  
以光线追迹对单色仪核校。 =dVPx<l5  
2. 研究 6 WD(  
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。 5>E]C=maD  
3. 应用 8T:?C~"  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 d0@&2hO  
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。 J%_m`?  
\Lp|S:u  
应用示例详细内容 >8I?YT.  
系统参数 pzkl;"gK  
Z6.0X{6nA  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 xq U@87[_  
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。 3Kv~lo^  
m|:O:<  
DEdJH4  
3#=%2\  
2. 系统参数 utH,pGs C.  
15o<'4|=Lm  
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。 @ m' zm:  
{8!\aYI  
*.4VO+^  
,Z2fVz~9  
3. 说明:平面波(参考) t`b!3U>I  
5Op|="W.  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 :\]TAQd-  
=jz*|e|V  
({"jL*S,q  
gpIq4Q<  
4. 说明:双线钠灯光源 l ~b  
NuL.l__W  
3RwDIk?>%  
 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。 ,*y\b|<j  
 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)。 676r0`  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 anM]khs?  
td}%reH  
S:.Vt&+NJ  
,Pq@{i#  
5. 说明:抛物反射镜 n9PCSl j  
Ys+2/>!  
"@P)  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 &d!Q%  
 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。 T-;|E^  
~d9R:t1  
<Mt>v2a3Y  
!=-{$& {  
| Ns-l (l  
,aA%,C.0U  
6. 说明:闪耀光栅 :1O49g3R  
n7CwGN%  
><l|&&e-  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 X:0-FCT;\  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 dKG2f  
8p91ni'  
'}F=U(!  
x{o&nhuk[S  
_J N$zZ{  
s<GR ?  
7. Czerny-Turner 测量原理 Q5kf-~Jx+  
SU8vz/\%y  
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。 <w9<G  
BEfP#h=hr  
xE0'eC5n^  
c9uln  
B %L dH  
8. 光栅衍射效率 nQHQVcDs8  
?Dr_WFNjO  
bvR0?xn q  
 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。 Z(~v{c %<  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 WxgA{q7:  
 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) UA%tI2  
oMw#ROsvC  
z:Q4E|IX  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd gO9\pI 2  
s|q]11r+H  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置  ~T'!.^/  
D.ajO^[  
JKJ+RkXf3  
pOmHxFOOK  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 d[t+iBP;)  
K+F]a]kld  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 '^6jRI,  
H[;\[ 3  
=KCAHNr4?  
vIK+18v7  
 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)。 o&PPW~D+h@  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 HOPi2nf{  
C8oAl3d+h  
应用示例详细内容 8s@k0T<O  
2Jl$/W 3  
仿真&结果 IT5a/;J  
v;_k*y[VV$  
1. 结果:利用光线追迹分析 :#pfv)W6t  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 6M)4v{F  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ]?/7iM  
PDQ\ND  
XW2{I.:in>  
;bh[TmQTJ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 9NPOdt:@  
)r +o51gp  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 '(S@9%,aK1  
 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)。 0;6 ^fiSY;  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, TM?RH{(r  
!=t.AgmL  
 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。 1#OM~v6B  
!#' y#  
rO;Vr},3\%  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ^~65M/  
5m(V(@a3  
3. 衍射效率的评估 Q9C; _Up  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 @*s7~:VQ  
A]WR-0Z7  
 +bC=yR  
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。 YYzl"<)c  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd UwQyAD]Ht  
N:]Ud(VRM  
4. 结果:衍射级次的重叠 gb clk~kX  
 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。 :~gG]|F  
 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)。 X61p xPa  
 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。 F/(z3Kf  
 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) 6%8,OOS  
 光栅方程: p0b2n a !  
XSDudL  
_R ] qoUw;  
q,->E<8  
bFt$u]Yvo  
5. 结果:光谱分辨率 54geU?p0  
}X;LR\^u[f  
pZA0Go2!IN  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Bl6>y/  
zwEZ?m!  
6. 结果:分辨钠的双波段 B[8`l} t  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 N7WQ{/PSG  
   bf2B  
6k%Lc4W  
l^,"^ vz  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 j1 Q"s(  
p\&Lbuzv  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run O,+ZD^  
3 %'Y):  
7. 总结 b+rn:R  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 61"w>;d6  
1. 仿真 >I^_kBa  
以光线追迹对单色仪核校。 (uk-c~T!u  
2. 研究 @|hn@!YK  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 FWJhi$\:D]  
3. 应用 Z91GM1lrf8  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 [$bK%W{f  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 |[lmW%  
扩展阅读 FO/ [7ZH  
1. 扩展阅读 s;[OR  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。  `[=3_  
D+u#!t[q  
 开始视频 1q Jz;\wU  
- 光路图介绍 l2lyi  
- 参数运行介绍 u}:p@j}Zv  
- 参数优化介绍 TjswB#  
 其他测量系统示例: ]?$e Bbt  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) R3`h$`G  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ]LE  
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