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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: 2024-11-21
    测量系统(MSY.0003 v1.1) DDEn63{  
    `:&{/|uP7  
    应用示例简述 "Q( 8FF  
     P'+*d#*S  
    1.系统说明 -JK+{<  
     J.*=7zmw  
    光源 C/JFg-r  
    — 平面波(单色)用作参考光源 RXDk8)^  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) h7{W-AtM7_  
     组件 >8##~ZuF+  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ^AN9m]P  
     探测器 1,E/So   
    — 功率 E4Sp^,  
    — 视觉评估 R?(j#bk  
     建模/设计 Z,z^[Jz  
    — 光线追迹：初始系统概览 *,(`%b[  
    — 几何场追迹+(GFT+)： W*0KAC`m  
     窄带单色仪系统的仿真 >_o_&;=`v  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 nz(OHh!}u  
    $FoNEr&q  
    2.系统说明 KK?}`o  
    [": x  
     5R4 dN=L*1  
    ZO,]h9?4  
    3.系统参数 .IqS}Rh  
    q/Q*1  
     #S"=)BZ8L  
    GM5::M]fS  
    Y<B| e91C  
    4.建模/设计结果 JkKI/ 5h  
     5)vXmAD/0  
    ;tHF$1!J  
     /1Eg6hf9B  
    总结 C$P3&k#W  
     w/&#UsEIr  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 '&`Zy pq  
    1. 仿真 }*%%GPJ  
    以光线追迹对单色仪核校。 ^^v!..V]J  
    2. 研究 \Tc$P#  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 w$pv  
    3. 应用 N;htKcZ  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 t((0]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。 ZjzQv)gZ  
     9]Y@eRI<  
    应用示例详细内容 lHx$F ?  
    系统参数 NTV0DkX  
     az w8BK  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 A >e%rx  
    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。 ]8RcZn  
    ?vXy7y&4  
     %l>^q`p  
    qwN-VCj  
    2. 系统参数 5n_<)Ycj  
     *_ "j"{  
    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。 !Ed';yfz\(  
    LB>!%Vx  
     :5ji.g* 0  
    N(D_*% 96  
    3. 说明：平面波(参考) W<~(ieu:K~  
    /V,:gLpQ  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 y'(;!5w  
    FsD}N k=m~  
     pBHr{/\5  
    oM< 9]jK}  
    4. 说明：双线钠灯光源 X@ TQD  
    /Qbt  
    2 Y%$6NX  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 V97Eb>@  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 (|S e+Y#e,  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 -\>Xtix^-c  
    NKRNEq!  
     ^)X^Pcx  
    0%v p'v  
    5. 说明：抛物反射镜 GR/ p%Y(  
    9'}m797I'  
    p 5P<3(  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 9Czc$fSSt  
     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。 D{ c`H}/`  
    MwiT1sB~  
    0rF{"HM~  
    ~/QzL.S;p  
     Tc{r}y[)  
    8USF;k  
    6. 说明：闪耀光栅 Qd$d*mwg:  
    A!SHt7ysJ  
    >*EcX3  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 rNdap*.  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 QH;1*  
    ^lf)9 `^U  
    _Nlx)YR  
    e)O6k7U$  
     B|#"dhT  
    DT;Hr4Z8^"  
    7. Czerny-Turner 测量原理 k}~|jLu@g  
     {=pf#E=  
    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。 *Z Aue.  
    D.X%wJ8  
     PbCXcs  
    ^[!LU  
    jrG@ +" }  
    8. 光栅衍射效率 jf@#&%AC9  
    qHklu2_%  
    // g~1(  
     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。 Q@nxGm  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 g?)9zJ9  
     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:eVK!O  
     xrp%b1Sy  
    PO1sVP.S  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd VQ2)qJ#l  
    Mvu!  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 uee2WGD  
    S+7>Y? B!  
     mK fT4t  
    gCW.;|2  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ?tSFM:9PU  
    y.HE3tH  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 )lE]DG!  
    5l}v  
     X*/j na"*  
    FlttqQQdf  
     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)。 Y 8EL  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ['Hl$2 j  
    ^3^n|T7le  
    应用示例详细内容 P_ U[OM\  
     +m^ gj:yL  
    仿真&结果 `a*[@a#  
     k7'_  
    1. 结果：利用光线追迹分析 mY+J ju1  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Dqs{ n?@n  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 D<$, v(-  
    #"|</*% >  
     M| :wC  
    RQ;pAO  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Mpzt9*7R  
     F2saGpGH  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 TmxhP nJ~  
     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)。 c_"]AhV~Mg  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， V>>"nf,YO  
    |Ah'KpL8W  
     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。 ?Id3#+-O  
    @FKm_q  
      ?%Hj,b  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms mmE\=i~  
     wM9HZraB<  
    3. 衍射效率的评估 wuR Q H]N  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 W2?6f:  
    >hHjDYjbf  
     W< _9*{|E;  
    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。 O~?H\2S  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ?Z 9C}t]  
     [H<![Z1*r  
    4. 结果：衍射级次的重叠 |`B*\\1  
     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。 Up*1j:_O  
     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)。 @ qy n[C  
     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。 FrT.<3  
     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) 2.)xWCG  
     光栅方程： ZfsM($|a  
     z~fZg6  
    #bc$[%_  
    C-O~Oil  
    6Lj=%&  
    5. 结果：光谱分辨率 O< [h  
    xMsSZ{j%5  
     BPs|qb-  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run [CxnGeKK  
     z=%&?V  
    6. 结果：分辨钠的双波段 ;\-f7!s  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 @`t#Bi9  
       HEh,Cf7`'  
    @D1}).  
     goBl~fqy0  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 s2F<H#  
    \vwsRT 1  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run iXLODuI  
    b* (~8JxZ  
    7. 总结 wzX(]BG  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。  ja!K2^  
    1. 仿真 3kqO5+,C  
    以光线追迹对单色仪核校。 T1$=0VSEa+  
    2. 研究 RBuerap  
    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。 u*}[fQ`aF  
    3. 应用 )bqSM&SO  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ^i+ 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。 76 nrDE  
    扩展阅读 n1!hfu7@s  
    1. 扩展阅读 zy8Z68%E`*  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 }OZut!_  
    Yx#?lA2gx  
     开始视频 &k53*Wo  
    - 光路图介绍 vX?MB  
    - 参数运行介绍 <e&88{jJ  
    - 参数优化介绍 hSkI]%  
     其他测量系统示例： ({&\~"  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) lB)%s~P:s  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) )WWqi,T}  
     
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