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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: 2023-04-11
    测量系统(MSY.0003 v1.1) Czj]jA(0f  
    B d#D*"gx  
    应用示例简述 T%{qwZc+mJ  
     !j'9>G{T  
    1.系统说明 B@P +b*%  
     aRPpDSR?l  
    光源 ,BGaJ|k  
    — 平面波(单色)用作参考光源 eko$c,&jY  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) qmNgEz%  
     组件 >HvgU_  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 <m;idfn  
     探测器 y|sU-O2}Dl  
    — 功率 +n]z'pijb  
    — 视觉评估 AfU~k!4`  
     建模/设计 b`?$;5  
    — 光线追迹：初始系统概览 1C,=1bY  
    — 几何场追迹+(GFT+)： >=G-^z:  
     窄带单色仪系统的仿真 YVcFCl  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 $ yd "bJK  
    L>4!@L5)  
    2.系统说明 tOQ2947zk  
    <1r#hFUUL  
     uc>u=kEue  
    R07 7eX  
    3.系统参数  y5"b(nb  
    azEN_oUV  
     !bf8 r  
    @|3PV  
    x4b.^5"`:  
    4.建模/设计结果 Fjq~^_8  
     2n/cq K   
    BU3VXnqT[  
     :Z(w,  
    总结 pDw^~5P  
     >!o||Yn  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 9j[lr${A  
    1. 仿真 Z/ Vb_  
    以光线追迹对单色仪核校。 Qn=#KS8=J  
    2. 研究 y7iHB k"^:  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 d7g3VF<j  
    3. 应用 y `)oD0)Fj  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 y(^hlX6gQ  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 FLWQY,  
     qFqK. u  
    应用示例详细内容 -w>2!@8  
    系统参数 OrN~ Y#D  
     \J]qd4tF  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 uA`EJ )d  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 {*#}"/:8K  
    4&)4hF  
     etcpto=Mo  
    u~JCMM$  
    2. 系统参数 zO@7V>2  
     M1>2Q[h7  
    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。 **RW 9FU  
    )/32sz]~  
     @<^_ _."  
    CLQE@kF;  
    3. 说明：平面波(参考) g8+Ke'=_  
    s":\ >  
     采用单色平面光源用于计算和测试。  Sj,>O:p  
    n]K`ofjl^  
     tTX@Bb8  
    E%+aqA)f  
    4. 说明：双线钠灯光源 58vq5j<V  
    .u<i<S  
    ,_G((oS40  
     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。 G1 :*F8q  
     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)。 I;=HXL  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 <B3v4 f  
    ].A>ORS/  
     a>_Cxsb&`  
    Xp_3EQl  
    5. 说明：抛物反射镜 E0SP  
    @)R6!"p  
    'N7AVj  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 *8WcRx  
     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。 JGLjx"Y  
    ~F{u4p7{N  
    bD: yu  
    u U|fCwQt  
     eD#R4  
    W-72&\7  
    6. 说明：闪耀光栅  q#=}T~4j  
    .q!U@}k.  
    ``Yw-|&:Ae  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Eps2  
     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 <`rl[C{  
    =7*k>]o  
    !yfQ^a_ O  
    P S$6`6G  
     SK>*tKY  
    i&%/]Nq  
    7. Czerny-Turner 测量原理 T#>1$0yv  
     QcXqMx  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 yv2&K=rZp  
    n)~9  
     2V-zmyJs5  
    ,j'>}'wG)  
    6)@Y41H]C  
    8. 光栅衍射效率 O<:"Irq\qr  
    s}O9[_v  
    b }^ylm  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 qMHI-h_A  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 nc0!ag  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) DGQGV[9%4C  
     H7I&Ky  
    j;3hQOl  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd NrNxI'M G  
    byyzXRO;  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 t9!8Bh<  
    pyf/%9R:d  
     App9um3:  
    2v;F@fUB.  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ,rC$~ &  
    K<_bG<tm_  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 "IvFkS=*Q  
    7e`ylnP!  
     j$he5^GC  
    1pM"j!  
     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)。  UE-+P  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。  _xyq25/  
    9/@7NNKJ  
    应用示例详细内容 sNF[-,a  
     7M#irCX  
    仿真&结果 w7;,+Jq  
     @5C!`:f  
    1. 结果：利用光线追迹分析 ly8IrgtKy  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 I 'qIc ?  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 5d4/}o}%"  
    mfI>1W(  
     y1FE +EX[  
    -q8R'?z[  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ^J[r<Dm8F  
     HZ+l){u  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Y[8GoqE|  
     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)。 9A-=T>|of  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度，  3g#  
    0+vt LDq@P  
     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。 o~(/Twxam  
    : }q~<  
     }3Mnq?.-  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms VY@6!9G  
     cGE,3dsF[  
    3. 衍射效率的评估 Vzs_g]V  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ^`MGlI}   
    sgc pH  
     T=kR!Gx  
    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。 Fr,qVYf  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd zo^34wW^  
     FVgE^_  
    4. 结果：衍射级次的重叠 vpoYb  
     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。 )5O E~}>  
     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)。 CBVL/pxy  
     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。 <uYeev%  
     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) EV$$wrohQ`  
     光栅方程： ^qro0]"LD  
     2# 1G)XI  
    MKr)6PG,  
    -fA1_ ?7S  
    GgNqci,  
    5. 结果：光谱分辨率 2jUEL=+Y  
    JJ+A+sfdk  
     Hy9c<X[F9  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run cu~\&3 R  
     !UV1OU  
    6. 结果：分辨钠的双波段 )yj:P  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ]nM 2J}7  
       uDWxIP,m  
    /M3UK  
     U =G}@Y  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 3`mM0,fY  
    z^etH/]Sy  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Z.iQm{bI  
    "~|;XoMU  
    7. 总结 AB1.l hR  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 @N%/v*  
    1. 仿真 ]w+n39da  
    以光线追迹对单色仪核校。 qIC9L"I  
    2. 研究 CU7WK}2h2C  
    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。 Jj :Bi&C  
    3. 应用 yltzf #%  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 .GM}3(1fX`  
    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。 RY4b <i3  
    扩展阅读 /KCJ)0UU  
    1. 扩展阅读 bFv,.(h'  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 A$a>=U|Z8  
    mx ]a@tu  
     开始视频 ET1>&l:.  
    - 光路图介绍 c'XvZNf .C  
    - 参数运行介绍 G8Qo]E9-/  
    - 参数优化介绍 n-5@<y^  
     其他测量系统示例： S Y7'S#  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) K@0/iWm*  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) D rMG{Yiu  
     
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