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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) &cZl2ynPi  
+!cibTQTT  
应用示例简述 ZtGtJV"H  
S0w:R:q}L  
1.系统说明 @kWRI*m  
Q" G;L  
 光源 S+bpWA  
— 平面波(单色)用作参考光源 G]zyx"0Sqb  
— 钠灯(具有钠的双重特性) H (tT8Q5i  
 组件 i\dd  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 5pH6]$  
 探测器 V*gh"gZ<  
— 功率 >4&0j'z"  
— 视觉评估 6PT"9vR`)  
 建模/设计 in7h^6?I  
— 光线追迹:初始系统概览 opgNt o6$  
— 几何场追迹+(GFT+): I9L7,~s  
 窄带单色仪系统的仿真 MW|R)gt  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 >Xi/ p$$7u  
QxT\_Nej*n  
2.系统说明 H>F j  
.`jYrW-k  
rUg|5EN^)d  
H,EGB8E2  
3.系统参数 ^{a_:r"  
C."\ a_p  
&3 *#h  
=Q#d0Q  
dy]ZS<Hz8G  
4.建模/设计结果 |4rqj 1*U  
#ri;{d^6  
HcM/  
jI%glO'2  
总结 rgF4 W8  
Y+{jG(rg.F  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 3.6Gh|7  
1. 仿真 nh+Hwj#(x  
以光线追迹对单色仪核校。 uM,R+)3  
2. 研究 vZ1?4hG  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 0UhJ I  
3. 应用 9V|) 3GF  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 &qP0-x)  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Of>2m<  
?5;N=\GQ  
应用示例详细内容 t==\D?Rt  
系统参数 5 zz">-Q !  
1Gy [^  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 8^67,I-c  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 a SMoee@!  
&WZ&Tt/)/  
.'NTy R  
<R?S  
2. 系统参数 #gVWLm<  
7^C&2k 5G  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 Dt\rrN:v  
EiVVVmm!  
{E0\mZ2  
}Fsr"RER@{  
3. 说明:平面波(参考) \h?6/@3ob  
O8~RfB  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 -$$mrU  
tX6_n%/L  
[5]n,toAh  
x[xRqC vL  
4. 说明:双线钠灯光源 3H|drj:KV  
8erG](  
3taGb>15  
 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,t!17M:  
 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)。 ^SK!? M  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 F` &W5[  
z[@i=avPG  
F\^\,hy  
2#ZqGf.'v  
5. 说明:抛物反射镜 gq@8Z AWn  
nu Vux5:  
#8~ygEa}  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 1Vc~Sa  
 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。 USaa#s4'  
=R"LB}>h}  
@$iZ9x6t  
m6#a {  
#M4LG; B  
6)BPDfU,  
6. 说明:闪耀光栅 \(--$9  
`"hWbmQ  
R x(yn  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 !a25cm5ys  
 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 {rK]Q! yj  
EwmNgmYq  
=iH9=}aBFC  
q|0l>DPRp  
I@\D tQZ  
R+_!FnOJ  
7. Czerny-Turner 测量原理 0 /9 C=v  
"n)AlAV@  
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。 , &n"#  
1Wiz0X/  
_#MKpH  
Djdd|Z+*{  
UWhJkJsX  
8. 光栅衍射效率 3rd8mh&l  
M2c7 |  
L62%s[  
 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。 aGfp"NtL  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 c{ +bY .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) 7WUv  O  
:H&G}T(#  
y?P`vHf  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd O&&_)  
7 \[fjCg\w  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 -Sn'${2  
t\ a|Gp W  
M<*WC{  
U=7nz|  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 z@w}+fYO  
+95v=[t#Ut  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 t72rCq QC  
[~X&J#  
N3*1,/,l .  
8qaU[u&$  
 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)。 U^BM5b  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 m(d|TwG{  
(xoYYO  
应用示例详细内容 RgW#z-PZF  
s$? LMfT  
仿真&结果 SWY  
6/?onEL9_  
1. 结果:利用光线追迹分析 jwBJG7\  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 yTh%[k  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 <P'FqQ]  
f$n5$hJlQ  
i;s;:{cn  
U8y?S]}vo  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd \G7F/$g  
HZ2W`wo  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 2H0BNrYM  
 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)。 D4{KU%Xp&  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, Dg"szJ-   
B /w&Lo  
 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。 YYPJ (o\  
m{?f,Q=u@  
M8<Vd1-5  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms _H@ATut  
5ya^k{`+ZO  
3. 衍射效率的评估 ZTz07Jt  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 B>m*!n: l  
"}`)s_rt  
u%+k\/Scp.  
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。 )7.DF|A  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd %D8.uGsh  
Ox&G  [  
4. 结果:衍射级次的重叠 QIevps*  
 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。 .UNV &R0  
 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)。 Mqvo j7  
 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。  X(X[v]  
 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) Qubu;[0+a  
 光栅方程: v=0G&x=/  
n*A1x8tn  
0V21_".S  
zxCx2.7  
!khEep}  
5. 结果:光谱分辨率 y%; o  
dt,Z^z+" E  
ujS oWs  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run (.V),NKG  
jVQ89vf ~  
6. 结果:分辨钠的双波段 @sA!o[gH  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 FE&:?  
   la_c:#ho  
&JqaIJh   
,xVAJ6_#  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 gCC7L(1  
/ + %  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run o0f`/ 6o  
u;-fG9xs  
7. 总结 9jqsEd-SW  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 /\h*v!:  
1. 仿真 .6azUD4  
以光线追迹对单色仪核校。 @`:X,]{  
2. 研究 B5|\<CF  
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。 Cp"7R&s  
3. 应用 ,&WwADZ-s  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 PC<_1!M]  
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。 nWY^?e'S  
扩展阅读 BR@m*JGajz  
1. 扩展阅读 /B~[,ES@1  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 -[ gT}{k!  
=(D"(OsQ/  
 开始视频 u"*DI=pwb  
- 光路图介绍 +jwHYfAK)  
- 参数运行介绍 T!KwRxJ23  
- 参数优化介绍 S* O. ?  
 其他测量系统示例: ~vt9?(h  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) % J^x `P  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) y7fy9jQ 8.  
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