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    [技术]Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真 [复制链接]

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    只看楼主 正序阅读 楼主  发表于: 2021-11-16
    测量系统(MSY.0003 v1.1) X}0cCdW  
    }Y4qS  
    应用示例简述 Dvln/SBk  
     ;dhQN }7  
    1.系统说明 <#HYqR',  
     =2x^nW  
    光源 0{SL&<&  
    — 平面波(单色)用作参考光源 \l3h0R  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) apxph2yvS  
     组件 9N3eN  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 #X"@<l4F  
     探测器 +"VP-s0  
    — 功率 hpk7 A np  
    — 视觉评估 +ck}l2&#  
     建模/设计 Gs[XJ 5%`~  
    — 光线追迹：初始系统概览 |Q>IrT  
    — 几何场追迹+(GFT+)： 1BEHw?dLU  
     窄带单色仪系统的仿真 :BT q!>s  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 e>7i_4(C  
    Z/J y'$x  
    2.系统说明 cM7[_*Ot<m  
    D1;QC  
     :U x_qB  
    xId.GWY1  
    3.系统参数 E4xa[iZ  
    #LOwGJ$yVz  
     Du){rVY^d  
    /u+e0BHo  
    1-QS~)+  
    4.建模/设计结果 nFs(?Rv*  
     g=o4Q< #^y  
    ;9g2?-svw  
     >F&47Yn  
    总结 7VI*N)OZ8  
     S21,VpW\  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 X\ F|Tk3_  
    1. 仿真 *uvQ\.  
    以光线追迹对单色仪核校。 \nqS+on]  
    2. 研究 t&DEb_"De  
    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。 wec)Ctj+  
    3. 应用 %u5]>]M+  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ^sg,\zD '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。 "C3/T&F  
     6S\8$  
    应用示例详细内容 kO-(~];  
    系统参数 ws^ np  
     ~^b/(  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 BFW&2  
    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。 <b<j=_3  
    ;6hOx(>`=  
     !5?<% *  
    YT8F#t8  
    2. 系统参数 sUm'  
     gv{ >`AN  
    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。 FU<Jp3<%  
    ?[>3QE  
     5nVt[Puw  
    /JU.?M35  
    3. 说明：平面波(参考) ]jRfH(i  
    ?b5 ^  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 c_l"I9M#r  
    {cw /!B  
     EAby?51+  
    f'3$9x  
    4. 说明：双线钠灯光源 -o EW:~y  
    $ o#V#  
    9@)O_@=  
     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。 Q.c\/&  
     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)。 N$:8 ,9.z  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 B^jc3 VsR  
    k+l b@!  
     b*Q&CL  
    "8zDbdK  
    5. 说明：抛物反射镜 %GIr&V4|  
    lCHO;7YHX  
    63x?MY6  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 wo 5   
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 &XUiKnNW  
    njA#@fU  
    Ef13Q]9|  
    &Z|P2dI  
     =zs`#-^8  
    g9 5`.V}  
    6. 说明：闪耀光栅 6/dI6C!  
    DkAAV9*  
    t#eTV@-  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 iM 3V=&)  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 r0 uwPf  
    "`1bA"E  
    8BNi1Qn$  
    WvZ8/T'x  
     k~FRD?[u  
    ?p8_AL'RS  
    7. Czerny-Turner 测量原理 delu1r  
     ,U dVNA  
    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。 `&6dnSC},P  
    .y:U&Rw4  
     jsi!fx2Rm  
    @bP)406p  
    YQA ,f#  
    8. 光栅衍射效率 3>VL}Ui}  
    >Wg hn:^  
    }txX; "/  
     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。 O463I.XAP  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 Jo23P.#<  
     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) R@k&SlL'`  
     Qv/=&_6  
    3I-MdApT  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Y,zxbXZv'5  
    ]-QA'Lq  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 s.NGA.]$  
    QGmn#]w\\  
     G+|` 2an  
    y7Df_|Z  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 OX\F~+  
    fNZ__gO!%  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 (0y~%J  
    SQt 4v"  
     @@ %.t|=  
    {o`] I>gb  
     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)。 #" iu| D  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 scLll,~  
    _MX>#!l  
    应用示例详细内容 QbpFE)TYJ|  
     \7'{g@C(  
    仿真&结果 HJYScwjQ;`  
     (+y  
    1. 结果：利用光线追迹分析 =^50FI|  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 6MdiY1Lr!K  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 `(/w y  
    aM0f/"-_  
     n3 r3"~i  
    ?R.j^ S^  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd E#t>Qn  
     2u*KM`fa`  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 m#Z# .j_2  
     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)。 H@8sNV/u  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， "y/?WQ>,3  
    a\ YV3NJ/A  
     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。 tr}Loq\y  
    SPmq4  
     |T)6yDL  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 2Gaa(rJ5o  
     h6`6tk  
    3. 衍射效率的评估 T\ >a!  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ; _1 at  
    q2:6QM&  
     >{J(>B\  
    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。 q\p:X"j|  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ! lc[  
     ls:w8 &`*  
    4. 结果：衍射级次的重叠 ' x35=@  
     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。 ?\s+EE&-  
     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)。 .rqhi  
     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。 Ob`d  
     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) vbe|hO""  
     光栅方程： 3c6b6  
     |kV*Jc k  
    ly_HWuFJ3  
    HqD^B[ jS  
    ZO$m["|  
    5. 结果：光谱分辨率 s %\-E9 T  
    !"/n/jz  
     UH-*(MfB  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run KP5C} ZK+s  
     k:F9. j%*  
    6. 结果：分辨钠的双波段 % *INT  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 q ]e`9/U  
       OGg>#vj,s  
    LKOwxF#TKT  
     qPy1;maXP  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 k=JrLfD4  
    }"PU%+J  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run yS(fILV  
    K<Iv:5-2  
    7. 总结 dS!:JO27  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 JJ2_hVU  
    1. 仿真 wL 4dTc  
    以光线追迹对单色仪核校。 ,*hLFaR-  
    2. 研究 BB*f4z$Y%  
    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。 z(Pe,zES  
    3. 应用 GyIT{M}KV  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 }v!$dr,j '  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 dDGgvi|[Mz  
    扩展阅读 W=Mb  
    1. 扩展阅读 6dN7_v)  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 pg.ri64H<  
    2s&*  
     开始视频 9m<jcxla$  
    - 光路图介绍 ]?+p5;{y4  
    - 参数运行介绍 KB`!Sj\  
    - 参数优化介绍 bg&zo;Ck8T  
     其他测量系统示例： ?:8ido#-  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) vss(twg  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) n}_JB>i~  
     
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