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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 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-11-16
    测量系统(MSY.0003 v1.1) (kB  
    }dzVwP=  
    应用示例简述 lAM)X&}0  
     NZv8#  
    1.系统说明 A r~/KRK  
     8|{ZcW  
    光源 k^8;3#xG  
    — 平面波(单色)用作参考光源 y>0 @.  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) o.NU"$\?  
     组件 ]:D&kTc  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 0.wF2!V.  
     探测器 ? OF $J|h  
    — 功率 *Vq'%b9  
    — 视觉评估 KTT!P 4  
     建模/设计 eA(\#+)X `  
    — 光线追迹：初始系统概览 Mn/  
    — 几何场追迹+(GFT+)： 5I6?gv/  
     窄带单色仪系统的仿真 USN'-Ah  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 \mGb|aF8  
    .wd7^wI^S  
    2.系统说明 ty~Sf-Pri  
    xjU0&  
     sj&(O@~R  
    ]kmAN65c  
    3.系统参数 #e-7LmO~  
    &$CyT6mb^  
     y'8T=PqY[t  
    89D`!`Ah]  
    !gLJBp  
    4.建模/设计结果 Q+K]:c  
     hlV(jz  
    P;25 F  
     B&X)bGx8  
    总结 2& Hl wpx  
     DL~! ^fx  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 2N &B  
    1. 仿真 Et*LbU  
    以光线追迹对单色仪核校。 E#m^.B-}  
    2. 研究 E{JTy{z-  
    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。 9m>L\&\_e  
    3. 应用 M_E$w$l2<  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 "[["naa  
    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。 hOLlZP+  
     Fczia0@z  
    应用示例详细内容 !K*3bY`#  
    系统参数 K ~\b+  
     jzDPn<WQ  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 !?i9fYu  
    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。 ~8k`~t!  
    5ip ZdQ^  
     4xs>X7  
    Iu~(SKr=|$  
    2. 系统参数 C|FI4/-e  
     V e[Kv07  
    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。 {yf, :5  
    : LX!T&  
     [C 7X#|  
    %:l\Vhhz  
    3. 说明：平面波(参考) r H9}VA:h  
    U .^%7.  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 tJ d/u QJ  
    +BI%. A`2  
     96F+I!qC  
    yP@#1KLa+  
    4. 说明：双线钠灯光源 p0Ij 4   
    Tff eCaBv  
    E0r#xmk  
     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。 aFrZ ;_  
     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)。 \3U.;}0_X  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 UG}"OBg/  
    ,5*<C'9  
     %tkL<e  
    K^AIqL8  
    5. 说明：抛物反射镜 "[L+LPET  
    Hn)^C{RN*{  
    B$97"$#u  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 ~ebm,3?  
     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。 = p2AK\  
    :NwFJc  
    y3'K+?4  
    J0@#xw=+  
     GV)DLHiyxX  
    Rwmr[g  
    6. 说明：闪耀光栅 .#e?[xxk  
    b Oh[(O!  
    U3>ES"N  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 .YS48 c  
     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 _32 o7}!x  
    L{6Vi&I84[  
    >Cr'dKZ}  
    ~m7?:(/lb  
     gAGcbepX  
    pvqbk2BO  
    7. Czerny-Turner 测量原理 5=_))v<Tp  
     t+WUz#i"  
    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。 +^aM(4K\  
    s)~H_,  
     P<xCg  
    Fmrl*tr  
    $xj>j  
    8. 光栅衍射效率 A}03s6^i;  
    Q S.w#"X[  
    K&vqk/JW1  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 {f%x8t$  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 24_/JDz  
     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) f'M7x6W  
     O#D N3yu?  
    +@C|u'  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd s\1c.  
    ATU]KL!{  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 RZKczZGZg  
    ^pa -2Ao6  
     v/7iu*u  
    7;:Uv=  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 KA0_uty/T  
    )VR/a  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 {{ 4S gb  
    ZNbb8v  
     L{i|OK^e  
    yB^_dE  
     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)。 lW YgIpw  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 1:iT#~n  
    o4pe>hn  
    应用示例详细内容 wS1zd?  
     ob.=QQQs  
    仿真&结果 Z\M8DZW8Y  
     ?wS/KEl=O  
    1. 结果：利用光线追迹分析 5PCKBevV  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 !@-g9z  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 FY;R0+N  
    L9)nRV8  
     4~/3MG  
    ;v1&Rs  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Va m4/6  
     ;7 Y4 v`m  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 U*6)/.J  
     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)。 <O?UC/$)7  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， )`.' QW  
    S+(-k0  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 (>Tq  
    v= I 'rx  
     n$T'gX#5  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms =m?x|Zc_v  
     ta 66AEc9  
    3. 衍射效率的评估 ;4 ON  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 2aUy1*aM  
    RK`C31Ws  
     XZFM|=%X  
    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。 5b2_{6t  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ,s,VOyr @F  
     6-<>P E2  
    4. 结果：衍射级次的重叠 xui.63/  
     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。 nZ 0rxx[V?  
     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)。 )N4_SA  
     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。 GwoN=  
     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) ;:l\_b'Z}  
     光栅方程： n^ AQ!wC  
     ^l4=/=RR  
    6U`yf&D  
    hkq[xgX  
    (E*eq-8  
    5. 结果：光谱分辨率 vA*Ud;%R  
    Y&Sk/8  
     /i#~#Bn|  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run #JH#Qg  
     Kf$%C"  
    6. 结果：分辨钠的双波段 .;0?r9  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 E$'Zd,|f=  
       ,wN>,(  
    $i+ 1a0%n  
      Wb/q&o  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 U]Vu8$W  
    -&u2C}4s  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run F`$V H^%V  
    <I{)p;u1  
    7. 总结 8_S<zE`Ha  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 <d GGH  
    1. 仿真 VE<&0d<  
    以光线追迹对单色仪核校。 t@TBx=16  
    2. 研究 _^<HlfOK  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 .'q0*Pe  
    3. 应用 ]iyJ>fC  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Q}N.DM@d3  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 >+w(%;i;  
    扩展阅读 (C RY$+d  
    1. 扩展阅读 Q}a 1P8?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/_e#H0  
    <303PPX^6  
     开始视频 p1 9j  
    - 光路图介绍 uj_ OWre  
    - 参数运行介绍 Efm37Kv5l  
    - 参数优化介绍 Z)6gh{B08  
     其他测量系统示例： )pS1yYLj  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) OA\2ja~+  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) SEn-8ZF  
     
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