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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) RG[3LX/  
    JJq= {;  
    应用示例简述 d l@  
     ?UoA'~=  
    1.系统说明 D|,d_W  
     qi}HJkOq  
    光源 \szx.IZT  
    — 平面波(单色)用作参考光源 fzRzkn:=  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) 3'Q H\t5  
     组件 B cd6 ~  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 x:O?Fj  
     探测器 rAwq$!xx  
    — 功率 zht^gOs  
    — 视觉评估 \CM(  
     建模/设计 K0yTHX?(.  
    — 光线追迹：初始系统概览 g}@_ @  
    — 几何场追迹+(GFT+)： 1[C,*\X8v  
     窄带单色仪系统的仿真 y. @7aT5  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 li8l+5d q  
    %+i g7a:  
    2.系统说明 @a)@1:=Rm  
    FEw51a+V  
     C[gCwDwl  
    4\x'$G  
    3.系统参数 !`hjvJryw  
    =|bM|8,  
     vUR{!`14  
    XL>Vwd  
    N?U;G*G  
    4.建模/设计结果 ^E8&!s  
     /$'tO3  
    "'p:M,:  
     F(^vD_G  
    总结 \$T  
     mMjY I1F  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 DbP!wU lqR  
    1. 仿真 8n?qm96  
    以光线追迹对单色仪核校。 R5NDT4QYU  
    2. 研究 _N$3c<dY'  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ~dC)EG  
    3. 应用 ZwB< {?  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 SN(:\|f 2  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ZK1d3  
     Yw"o_  
    应用示例详细内容 2HoTj|  
    系统参数 9TBkVbqV  
     z J93EtlF  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 ?<]BLkx  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 (BEGt '7  
    w<<>XIL  
     v{$X2z_$w  
    21bvSK  
    2. 系统参数 GL_YT.(!  
     F?\XhoJ3G  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 Q4Zuz)r*  
    ZZ?0%9  
     'Xoif"  
     gPh;  
    3. 说明：平面波(参考) [5e}A&  
    Urj8v2k  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 pYa8iQ`6U;  
    q.U` mtS  
     t,#7F$t  
    {mrTpw  
    4. 说明：双线钠灯光源 .LhIB?  
    F{0Z  
    VdjS\VYe,  
     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。 Qn(2UO!pD  
     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)。 Wf/r@/ q  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ?1*Ka  
    d00#;R  
     E;/WP!/.  
    h:-ZXIv?  
    5. 说明：抛物反射镜 3_|<CE6  
    "XfCLc1 T  
    NY 756B*  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 px8988X  
     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。 )' +" y~  
    gI "ZhYI  
    /2l&D~d"  
    -0r 0M )  
     \@;$xdA$  
    `-W.uOZ0  
    6. 说明：闪耀光栅 ;$,=VB:'  
    0gO_dyB  
    6!zBLIYFI  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 h?R{5?RxK  
     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 :dq.@:+<R  
    J{;XNf =  
    U{i xok  
    ${m;x:'  
     q\s"B.(G"  
    |_."U9!Z^  
    7. Czerny-Turner 测量原理 EQI9 J#;+  
     fh_+M"Y0`  
    通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 -fpe  
    }py)EI,U  
     WX .Ax$fT  
    %"-bG'Yc  
    "| Oj!&0  
    8. 光栅衍射效率 m}A|W[p<  
    fwQVxJe  
    \]C_ul'  
     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。 Y`F)UwKK  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 =~zsah6N  
     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) m%zo? e  
     Hb}O/G$a*  
    ebno:)  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd `-t8ag 3  
    :I_p4S.)  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 8tfM,.]_i  
    GDF/0-/Z  
     i>z_6Gax*[  
    a+'k#m  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 @k=UB&?I  
    SR%k|YT  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 V>Dqw!  
    6/Iq@BZ&  
     I3gl+)Q  
    q QcQnd2K  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 e"oTlB  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 zh{,.c  
    dG&^M ".(  
    应用示例详细内容 '0-YFx'U0V  
     u mT *  
    仿真&结果 Gj_7wP$  
     >$$z6A[  
    1. 结果：利用光线追迹分析 /< k&[  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 y1{TVpN  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 o6tPQ (Vi  
    6ChFsteGFr  
     U$yy7}g  
    IR2=dQS  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ;b{yu|  
     GYZP?E p*  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Hr_5N,  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 rjffpU  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， JDJ"D\85  
    zu3Fi = |0  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 K| dI'TnW  
    N5[^W`Qf  
     l-Be5?|{_  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms "uli~ {IU  
     ;,8 )%[  
    3. 衍射效率的评估 [rkw k\m*  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 +GJPj(S  
    HYg! <y  
     {xAd>fGG+y  
    比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 }?\^^v h7  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd #M%K82"  
     .TMLg(2hgv  
    4. 结果：衍射级次的重叠 i;rcg d  
     因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 7u{V1_ n1  
     VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 C}#$wge  
     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。 #c!rx%8I  
     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) @R-11wP)M  
     光栅方程： [~PR\qm  
     :YQI1 q[6  
    l A%FS]vh  
    lE gjv,  
    `Of D^Q=  
    5. 结果：光谱分辨率 TjDtNE  
    o\F>K'  
     /GVjesN  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 0-~s0R89A  
     m/Erw"Z  
    6. 结果：分辨钠的双波段 ^,0Lr$+  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 =z;]FauR!  
       RIQ-mpg~(k  
    CT5s`v!s  
     oYdE s&qq  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 $*VZa3B\  
    T/A2Y+@N;  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run _p>F43%p  
    r<'DS9m  
    7. 总结 r;xy/*%Mtj  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 9dw* ++  
    1. 仿真 c<,LE@ V  
    以光线追迹对单色仪核校。 d<+hQ\BF,  
    2. 研究 N8pV[\f  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ?2l `%l5(  
    3. 应用 Th$Z9+()  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 _Dd>e=v  
    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。 Um}AV  
    扩展阅读 OLPY<ax  
    1. 扩展阅读 y=c={Qz@vn  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 O2\(:tvw  
    Fsm6gE`|n  
     开始视频 gROK4'j6y  
    - 光路图介绍 e'>q( B  
    - 参数运行介绍 PWZd<  
    - 参数优化介绍 'da 'WZG  
     其他测量系统示例： V*ao@;sD  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) J^`5L7CO  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ,#FP]$FK  
     
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