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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) 44<v9uSK (NM6micc 应用示例简述 )BB%4=u@~. XqX
I(q^ 1.系统说明 %Il ;B~t cb4b,Ri 光源 :Lc3a$qtx5 — 平面波(单色)用作参考光源 `~|DoSi^d — 钠灯(具有钠的双重特性) -Y2&A$cM 组件 3f,u}1npa* — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 4UazD_`' 探测器 X-v~o/r7 — 功率 9Yd-m — 视觉评估 -P*xyI 建模/设计 p/4S$
j#Tn — 光线追迹:初始系统概览 \ bC}&Iz6 — 几何场追迹+(GFT+): j]#wrm 窄带单色仪系统的仿真 `TAcZl=8 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 .oEFX8 "u,sRbL 2.系统说明 .u&|e
a2[8wv1
3^'#ny?l ]}/mFY?7 3.系统参数
IF& PGo 9ec0^T
*|@+rbjVC !>q?dhw@
0&f\7z 4.建模/设计结果 v)%[ (}sDm~;s
Wf_CR( 9y;y7i{>? 总结 #!wsD7; S ]vW&r3` 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 +tPx0>p; 1. 仿真 m\/>C|f\ 以光线追迹对单色仪核校。 dEL3?-;' 2. 研究 VPdwSW[eM 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。 hyM'x* 3. 应用 aX:#'eDB 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Jk%'mEGE 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。 ,9F*96 4,gol?a 应用示例详细内容 {(_B 系统参数 p| Vmdnb #_on{I 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 9e0C3+)CY 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。 /A0 [_ IkiQOk
Ng?apaIi@~ #,7eQaica 2. 系统参数 G`9cd\^ B{[f}h.n 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。 >0kmRVd @gH(/pFX
(zjz]@qJ 1 ,#{X3 3. 说明:平面波(参考) w/?nUp =X)Q7u".7 采用单色平面光源用于计算和测试。 X\o/i\ C} ~8XX3+]z:X
(Nm}3 p A*G
)CG
4. 说明:双线钠灯光源 oNiToFbQu pQk=x T ~gSwxGT7d 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。 |\i:LG1 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)。 TS\9<L9S 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 (~q#\ - 3C* P
GS$ZvO 4 *Bp 5. 说明:抛物反射镜 b*btkaVue 9@$tiDV l*F!~J3 利用抛物面反射镜以避免球差。 %KbBH:z05 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。 73'U#@g6 (eCF>Wh^m
04I6-}6 ):/<H
8O"x;3I9 f}L>&^I) 6. 说明:闪耀光栅 Kj~>&WU C1ZFA![ I>A^5nk 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 =XZF.ur 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 K*([9VZ n/KI"qa]9
Uq9,(tV`6g dAu^{1+2
r~S!<9f b5iIV1g 7. Czerny-Turner 测量原理 -IpV'%nX; u#zP>! 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。 ]7#^])> _9}x2uO~
5@w'_#!) xm<5S;E5U4 yDCooX0 8. 光栅衍射效率 C$N4 (&9DB zxk??0]/ VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 IQ(]66c, 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 n.Ur-ot 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) WU+Jo@]y 8>% jZ%`a
z/eU^2V file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd beN>5coP%A 9E->;0- 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 6nY
)D6$JG D+*uKldS;
]X>QLD0W k$UzBxR 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 [#STR=_f =`7#^7Q9 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 T!=20 !I #VQGN2bK.
[T}%q"< ;qT!fuN; 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 jza}-=&+e 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 + e5 &9RW9u " 应用示例详细内容 ch)Ps2i r2E>sHw 仿真&结果 MrKU,- RAD4q"}k 1. 结果:利用光线追迹分析 a.Rp#}f 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ZZ]OR;8 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 <WHs
7(|3 OR+
=}%#$ :N+#4rtgUY file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd !"Oj$c
- 5ykk11!p$ 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 gT5Ji~xI 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)。 U!;aM*67 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 7=QC+XSO
RIVL 0Ig 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。 :ET3&J
L _Pfx_+
7&RJDa:a7T animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms o$H Jg z2s|.M]&-D 3. 衍射效率的评估 `%mBu`A 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 ?;.1fJU>
#8Id:56
3@Zz-~4Td 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 ^qId]s file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd @8Q+=abz jy__Y=1} 4. 结果:衍射级次的重叠 T^(n+ lv 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 k^dCX+ VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 lU50.7<08 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 ~Q$c!=
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) ?%za:{ 光栅方程: xXY)KI
N[ Q,,fDBN
tO+ %b=Z^ V=l Q}sBY >;' 1k' 5. 结果:光谱分辨率 ,QHx*~9 -B3wRAEt
a9@l8{)RX file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run eFXi )tl ;5oH6{7_Z 6. 结果:分辨钠的双波段 ;aRWJG 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 vu.S>2Wv rD(ep~^M
.J6j" YZ%f7BUk 设置的光谱仪可以分辨双波长。 K`_E>k s<r.+zqW file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run _qzo):G.s n xh/&% 7. 总结 AFm*60C 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 TNPGw! 1. 仿真 xX4^nem\G 以光线追迹对单色仪核校。 ://|f 2. 研究 fN*4(yw 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。 |z7Crz 3. 应用 $evuPm8G 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 r+#V{oE_ 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 qf&a<[p~ 扩展阅读 _8b>r1$ 1. 扩展阅读 _]r)6RT 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 +!V%Q ]MA)='~ 开始视频 z#E,96R - 光路图介绍 J0WXH/: - 参数运行介绍 \FY De - 参数优化介绍 fi4/@tV?$L 其他测量系统示例: owY_cDzrH - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) JK8@J9(# - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) MVL }[ J
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