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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) b' ~WS4xlD HYY+Fv5 应用示例简述 6KD-nr{S 4-$kcwA 1.系统说明 %afF%y ~d ~oC$=TC 光源 %Q;:nVt — 平面波(单色)用作参考光源 &!HG.7AY — 钠灯(具有钠的双重特性) pigu]mj 组件 m#RMd,'X — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 3Ljj|5.q 探测器 #cb9g — 功率 \]\ h,Y8 — 视觉评估 U#XW}T=| 建模/设计 |t;Ktl — 光线追迹:初始系统概览 f rV_5yK' — 几何场追迹+(GFT+): o? K>ji! 窄带单色仪系统的仿真 <dz_7hR" 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 54RexB o !vHCftKel 2.系统说明 2^U?Ztth6 vy>(?[
Lw?>1rTT/ gI@nE:(m 3.系统参数 zn|O)"C [?g}<fa
yWr&G@>G Wv,?xm Vn_>c#B 4.建模/设计结果 H;Gs0Qi; $d&7q5[
7~QAprwVS !!Yf>0u#
总结 4e?c W& ^nQJo"g\ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 wGHVq
fm5 1. 仿真 #ZHKq7 以光线追迹对单色仪核校。 7&L8zl|K 2. 研究 )[yKO 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 Cwji,* 3. 应用 VwXR,( 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 N;=J)b|9 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 l9H-N*Wx piIGSC 应用示例详细内容 /~?[70B}E 系统参数 1Eryw~,,9i +hH7|:JQ 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 A!$sOp 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。 +5kQ;D{+ i/C0
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DnF|wS 7a.iT-* 2. 系统参数 V@1,((,l qs9r$o.\l 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 cn9=wm\\ ~4ijiw$
LXR>M>a` (YYwn@NGj 3. 说明:平面波(参考) c-Qa0Q Ow-;WO_HQ 采用单色平面光源用于计算和测试。 \,I{*!hw mxwG~a'_
oL9ELtb]s 1O90 ]c0 4. 说明:双线钠灯光源 qJXfc||Zg iciRlx.$c Z/;8eb*B7 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。 Imo?)dYK 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)。 Nk9w;
z& 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 J]Q-#g'Z
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!VvM dmMrZ1u2 5. 说明:抛物反射镜 M%Q_;\?] ` ^z
l = $^#q0Yx 利用抛物面反射镜以避免球差。 cZw_^@! 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 ]:4\rBR3 "YVvmCp
8%b-.O:_$ JS&;7Z$KX
+#@2, (IAR-957pN 6. 说明:闪耀光栅 ~jC$C2A0 k{^iv: .WGrzhsV 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 }O6E5YCm 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 C3C&hq\% D:N\K/p
lhF)$M 1EliR uJ
M7(]NQ\TQ -TyBb] 7. Czerny-Turner 测量原理 ' KNg; m khp@^5 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。 h-*h;Uyc $,1KD3;+]
gZ { D#X&gE BM02k\% 8. 光栅衍射效率 ,k,+UisG iDlg>UYd l_T5KV VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 #|
m*k 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ^O3p:X4u 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) V:1_k"zQ 8oP"?ew#
FF30VlJ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd RM!VAFH
en16hd>^W: 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 z s[zB# !7Z?VEZ
qB3=wFI (gUxS.zU 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 G5$YXNV (KphAA8 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 XC[bEp$ ~*RBMHs
l'"Ici#7Ls L!:;H, 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)。 ujbJ&p
不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ^W[3RiG `q?@ Ob& 应用示例详细内容 Cvtz&dH Xxs0N_va& 仿真&结果 W%K=N-kE_ 2?c%<_jPA 1. 结果:利用光线追迹分析 h%U,g
9_ 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 e|.a%,Dcy 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 PKt;]T0 HJOoCf
4,7W*mr3(
m%i!;K"{s file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd x7c#kU2A&Z A55F *d 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 1h&_Q}DM 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)。 =b#,OXQ 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, NE-c[|rq
Q%_MO`<]$ 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。 >W=^>8u \Oa11c`6
M[Mx
g
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms VJ|80?4h vA0f4W 8+ 3. 衍射效率的评估 ag"Nf-o/Y 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 rA1;DSw6E[ -o`|A767
^a;412 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。 m7,;Hr( file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd -y)g}D% +ZPn[| 4. 结果:衍射级次的重叠 X6EnC57 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。 #:}mi;{ 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 bll9Ey 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。 Ct9*T`Gl 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) ^1z)\p1 光栅方程: JS0957K Hp-vBoEk
p!2t/XIM j9$kaEf `Bv, :i 5. 结果:光谱分辨率 NPE7AdB8 ^uWj#
"AHuq%j file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run jI,?*n< hquN+eIDH 6. 结果:分辨钠的双波段 w!m4 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 S *K0OUq 9l:vVp7Uk
H4g1@[{|0O qwHP8GU 设置的光谱仪可以分辨双波长。 kaZ_ra;< [fr!J?/@ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ??=su.b G0pqiU6 7. 总结 E#mpj~{- 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 |FJc'&) J" 1. 仿真 A,! YXl[ 以光线追迹对单色仪核校。 6eAJ>9@x 2. 研究 rd4mAX6@ 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 td\'BV 3. 应用 Z^ }4bR] 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 zr[|~- 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 .*g^
i` 扩展阅读 wxo{gBq 1. 扩展阅读 Z6_E/S 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 x @uowx_&m wTPHc:2 开始视频 ;$rh&ET - 光路图介绍 H0Ck%5 - 参数运行介绍 zc%HBZ3p - 参数优化介绍 ;@G5s+<l 其他测量系统示例: 2M3C
5Fu - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) }R2afTn[; - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) q
OX=M
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