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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: 2024-11-21
    测量系统(MSY.0003 v1.1) rEAPlO.Yp  
    /E]4N=T  
    应用示例简述 ;F5B)&/B  
     *D<sk7  
    1.系统说明 U4N S.`V  
     Do_L  
    光源 Z@ I%ppd  
    — 平面波(单色)用作参考光源 40g&zU-  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) x,7a xx6  
     组件 D ^ &!  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 .}Zmqz[  
     探测器 H}U&=w'  
    — 功率 aY {.  
    — 视觉评估 2>EIDRLJ-  
     建模/设计 s?`)[K'-  
    — 光线追迹：初始系统概览 #;mZ3[+i5  
    — 几何场追迹+(GFT+)： p:4vjh=1h  
     窄带单色仪系统的仿真 Ak_;GvC!  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 3_ zI$Z  
    LXXxwIBS  
    2.系统说明 U-lN_?  
    -y/?w*Cx  
     a:;*"p[R  
    d!gm4hQhl  
    3.系统参数 8F[j}.8q  
    R K'( {1  
     n]o+KT\  
    CZa9hsM  
     Mys;Il "  
    4.建模/设计结果 6u.b?_u  
     P' J_:\  
    V)a6H^l  
     u!@P,,NY  
    总结 tNUcmiY  
     /60[T@Mz  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 #Se  
    1. 仿真 )0GnTB;5Z  
    以光线追迹对单色仪核校。 }40/GWp<f  
    2. 研究 Maxnk3n  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 *U8#'Uan  
    3. 应用 PO}Q8Q3  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 .(Pe1pe  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 n >eIQaV  
     W*s`1O>  
    应用示例详细内容 z$<6;2  
    系统参数 _*;cwMne-  
     oqY?#p/  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 9iOlR=-*  
    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。 1a)_Lko  
    z44uhRh  
     txgGL'  
    qB=pp!zQ  
    2. 系统参数 b1& {%.3[  
     i ;tA<-$-  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 cj8r-Vu/N  
    hZ#tB  
     5m bs0GL  
    YVaQ3o|!  
    3. 说明：平面波(参考) JZtFt=>q  
    {&;b0'!Tf  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 C= m Y  
    RSi0IfG5  
     k}O|4*.BT  
    hKT:@l*  
    4. 说明：双线钠灯光源 2$Ji4`p}S  
    y-@!, @e  
    q-o>yjT~  
     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。 z84W{! P  
     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)。 jQr~@15J#  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 A,og9<+j-  
    (G"qIw   
     p}.b#{HJ  
    m0* B[  
    5. 说明：抛物反射镜 c%U$qao=c+  
    F*w|/-e  
    2%<jYm#'z-  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 0!VLPA:  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 `kv$B3  
    RP X`2zr  
    k1U~S`>$  
    hHg g H4T  
     2at?9{b  
    `%XgGHiE  
    6. 说明：闪耀光栅 '?>eW 2d  
    Y-Ku2m  
    ?.A|Fy^  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 {UmCn>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 =c.q]/M  
    ?|8Tgs@+  
    0C p}  
    F^NR qE  
     =qtoDe  
    CU;nrd"  
    7. Czerny-Turner 测量原理 )[)]@e  
     -5cH$]1\  
    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。 RsD`9>6)  
    D{4hNO  
     }J?fJ (  
    PM.SEzhm  
     b:QFD|  
    8. 光栅衍射效率 0xxzhlKNL  
    Q kZM(pG  
    yK B[HpU-  
     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。 N Sh.g #  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 m3(T0.j0P  
     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) $i@EfujY  
     7L+X\oaB  
    a!:8`X~[/$  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Doh|G:P]#  
    B#?2,  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 !~N4}!X3du  
    !:<UgbiVv  
     BR^J y<^F'  
    W|#ev*'F  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 |{PJT#W%  
    4LEE /  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 o1WidJ"  
    qZJ*J+  
     D i'u%r  
    dn\F!  
     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)。 NoO+xLHw8  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 8>{W:?I  
    n6-Ic',;  
    应用示例详细内容 ' f$L  
     "x;k'{S  
    仿真&结果 gww^?j#  
     b!X"2'  
    1. 结果：利用光线追迹分析 P"x-7>c>Y  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 = (gmd>N  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 bjBeiKH  
    _`_IUuj$E  
     6rQpK&Jx  
    GD[ou.C}k  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd t/*K#]26  
     +%Y c4  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 " q^#39i?  
     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)。 d BMe`hM)  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， vaRwh E:  
    Ydh<TF4!  
     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。 WYC1rfd=  
    R==cz^#  
     8F^,8kIR  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms uR ;-eK  
     2]} Uov  
    3. 衍射效率的评估 }utNZhJ  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ,B%fjcn  
    o? i.v0@!K  
     v0C;j (2zb  
    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。  oKYhE  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Z|(c(H2  
     )4~sQ^}  
    4. 结果：衍射级次的重叠 :5S |x/  
     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&3X~jD(1  
     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)。 &QTeGn  
     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。 AzW7tp;t =  
     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) GwQZf|  
     光栅方程： }xb_s  
     1/2V.:bg  
    M%&A.j[  
    +`*qlP;  
    4Oy.,MDQP  
    5. 结果：光谱分辨率 =zm0w~']E!  
    \- =^]]b=  
     R3j#WgltP  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run @0z0m;8  
     OK-sT7But  
    6. 结果：分辨钠的双波段 {?*<B=c  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 2;4]PRD6w  
       Jq$_=X&  
    rX33s  
     F gWkcV6B  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 vm\wO._  
    DD!MGf/  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run *p&^!ct  
    f v E+.{  
    7. 总结 8QVE_ Eu  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 IvTzPPP  
    1. 仿真 pw,O"6J*  
    以光线追迹对单色仪核校。 : 8^M5}  
    2. 研究 U!&_mD# c  
    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。 kmlG3hOR,  
    3. 应用 a)!![X?\  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 .tRr?*V|l  
    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。 YlswSQ  
    扩展阅读 <NG/i i=  
    1. 扩展阅读 &8<<!#ob  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 p)B33Z zC  
    qH#r-  
     开始视频 fJN*s  
    - 光路图介绍 ,3Wb4so  
    - 参数运行介绍 J~Cc9"(  
    - 参数优化介绍 rv9B}%e  
     其他测量系统示例： d/D,P=j"  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) _wf5%(~b  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) "]VDY)  
     
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