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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) N|yA]dg[ nX (bVT4i 应用示例简述 NCKR<!( tx5bmF;b) 1.系统说明 hl:Ba2_E
+ ^aB;Oo 光源 L ci? — 平面波(单色)用作参考光源 2H`r:x<Z- — 钠灯(具有钠的双重特性) :zU4K=kR 组件 #`_W?-%^ — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 nk|(cyt) 探测器 R|RGoGE6g — 功率 QT%`=b — 视觉评估 (d&" @ 建模/设计 wrkw,H — 光线追迹:初始系统概览 5S4Nx> — 几何场追迹+(GFT+): dEDhdF#f 窄带单色仪系统的仿真 $*{,Z<|2 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 %Ik5|\ob? aG7Lm2{c" 2.系统说明 DNmC
(Iv@SiZf(
vu.ug$T >J9Qr#=H2 3.系统参数 |KJGM1]G @{IX
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Zg_b(ks oT}$N_gFT F[coa5 4.建模/设计结果 !*c%Dj q}_8iDO6
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v&;Z 总结 PlCw,=K 8f ^X#)'\T 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 F42^Uoaz 1. 仿真 LiEEQ 以光线追迹对单色仪核校。 %;wDB2k* 2. 研究 P=}l.R*1G 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 }D1?Z7p 3. 应用 %Ok#~>c 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 -n@,r%`UK 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 p_xJKQS T7qp ({v?Q 应用示例详细内容 =?CIC%6m 系统参数 -.)f~#8 G$)q% b;Lz 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 GfgHFv 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。 ZXhNn< Vb\^xdL>
\V~B+e 1^AQLOiRE1 2. 系统参数 "vYjL&4h Zp/P/97p 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。 nVpDjUpN 5aVZ"h"
.D7Gog3^< FS7D 3. 说明:平面波(参考) rxxVLW e<DcuF<ZS 采用单色平面光源用于计算和测试。 WG3_(mM eLH=PDdO
l(MjLXw5 -4Q\FLC'k 4. 说明:双线钠灯光源 k(`> (w dR s\e(H' >d;U>P5. 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。 T2?.o.&u 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)。 5/hgWG6.t 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 r{*Qsaw !FK)iQy$0
KfK5e{yT "Z';nmv'N 5. 说明:抛物反射镜 \1u^?cBd "MPS&OK Vf(..8 利用抛物面反射镜以避免球差。 4<EC50@. 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 zl, Vj%d 0W
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%U[H`E 6. 说明:闪耀光栅 k/Urz*O fHuWBC_YO 2Z9ck|L> 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 XB[EJGaX 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化
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1vh[sKv9% G[d]t$f= 7. Czerny-Turner 测量原理 M?m@o1\;W 1Fsa}UK 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。 IUG}Q7w5 i:&$I=
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8. 光栅衍射效率 f(EO|d^u 3z k},8fu Z0 c|; 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。 M^n^wz 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 T0o0_R 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) <pFbm /BS yanro
j3R}]F'C* file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd q:wz!~(> FbCuXS=+` 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 p8iKZI]g 8qUNh#
#8WHIDS> wF-H{C' 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 kb\\F:w(W tt&{f <* 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Eh *u6K)Z yx<-M
5^{2g^jH6 MMQ\V(C 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)。 ~'Korxa 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 OP``+z> ]0")iY_ 应用示例详细内容 cVaGgP}\ {P ==6/<2o 仿真&结果 $%1oZ{&M K;R!>p}t 1. 结果:利用光线追迹分析 S;u2B_/ 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。
[1e/@eC5 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 &!>.)I` [ mo9?
mW3IR3b pWeD,!f file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd HC$}KoZkC 0J.]`kR 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 cj|Urt 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)。 DH])Q5 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, =_$Hn>vO
?0d#O_la3 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。 ;(Z9. o}L\b,])
s[t?At-> animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms `Js"*[z v|rBOv 3. 衍射效率的评估 I7;|`jN5K 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 xE6hE'rh.O ?V =#x.9
N1JM[<PP 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。 qKI)*o062 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 5C5OLAl v `dgZ `# 4. 结果:衍射级次的重叠 }Rq{9j,% 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。
\[]4rXZN0 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 % 3<7HY]~ 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 eY`o=xN 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) XJA];9^ 光栅方程: dTQW /kAHQ B#o6UO\
_rW75n=3b7 5M#LO@U T@ zV 5. 结果:光谱分辨率 OyIIJ!( p<\7" SB=
+EH"A file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ZtX
CPA! RVh{wg 6. 结果:分辨钠的双波段 V=H :`n3k 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ka*#O"}L8 CrYPcvd6
wB"`lY SnY{| 设置的光谱仪可以分辨双波长。 {vp*m:K #l!nBY ~ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run *_K*GCy 2u(G:cR 7. 总结 IJD E{) 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ,hE989x<iI 1. 仿真 "-Wb[*U; 以光线追迹对单色仪核校。 D=}\]Krmay 2. 研究 %m-U:H.Vp 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。 &BN#"- J 3. 应用 -]Q\G 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 H`rd bE 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。 XmN8S_M>v 扩展阅读 s133N? 1. 扩展阅读 l\ VrD2j8 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ?HeUU &"^U=f@v 开始视频 _IWLC{%V - 光路图介绍 ^95njE`>t` - 参数运行介绍 eU8p;ajW!L - 参数优化介绍 P+DIo7VTX 其他测量系统示例: XJ7pX1nf - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) (QQkXlJ - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) rl]K:8*
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