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测量系统(MSY.0003 v1.1) e.V){}{V )K~nZLULY 应用示例简述 (xL=X%6a mX^RSg9 E} 1.系统说明 $ cSZX#\ 2l?J9c}Wo 光源 @4$E.q<0 — 平面波(单色)用作参考光源 7ZZt|bl — 钠灯(具有钠的双重特性) PAkW[;GSDh 组件 C.<4D1}P — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 UhK,H 探测器 cqudF=q — 功率 ny=iAZM>q — 视觉评估
sa* -B 建模/设计 tO7{g — 光线追迹:初始系统概览 E<dN=#f6 — 几何场追迹+(GFT+): 0i"OG( , 窄带单色仪系统的仿真 dp_q:P4;B 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 .Ko`DH~!,C :%{7Q$Xv< 2.系统说明 Yo:&\a K[ M_K&x-H0
2lRZ/xaF%P :Kiu*&{ 3.系统参数 >pKI' D$HxPfDZ
kWFR(J&R z61
o6mb ?t-2oLE 4.建模/设计结果 |4vk@0L 5 *_#" 'mF}+v^ xpz
Jt2S 总结 ^^#A9AM 1a<~Rmcil 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ^d,d<Uc 1. 仿真 +Q.[W`goV 以光线追迹对单色仪核校。 A@UnrbX: 2. 研究 pN[i%\vh
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。 i+}M#Y-O 3. 应用 i&Ea@b 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 v&Kw
3!X#E 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。 _
0-YsD 3?:}lY<, 应用示例详细内容 dSbV{*B;> 系统参数 Mtu8zm
qcqf9g 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 A.n1|Q# 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。 ;I>`!|mT 7DDot_qb
c}A^0,"z> b> |oU 2. 系统参数 9 wc=B(a| Hogr#Sn2 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。 ~1p
f ? )jg3`I@
N}\i!YUD nP.d5%E 3. 说明:平面波(参考) &A~ 1Q#4 m35G; 采用单色平面光源用于计算和测试。 I/'>Bn+ ?pFHpz
rVLA"x 9u $/Mk.(3'P 4. 说明:双线钠灯光源 CXa$QSu > @I%m}>4Jm DGcd|>q 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。 }+z}vb 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)。 q;rU}hAzG0 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 LTxOq|/Cq TWy1)30x
YPN|qn( S5j#&i 5. 说明:抛物反射镜 &kP>qTI^p~ BzDS Q9(
eH2= 利用抛物面反射镜以避免球差。 ;I9D>shkc 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。 *Nv<,Br,F 17-K~ybc
FK->| MD%86m{Sg=
g%K3ah
v t JJaIb6Xj 6. 说明:闪耀光栅 Q~jUZ-qN iKu5K0x{>I ,$*$w< 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 >scEdeM 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 !O*\|7A( Yt&^i(
+?%huJYK, /MA4Er r
nfc&.(6x< X"yLo8y8$ 7. Czerny-Turner 测量原理 <MoWS9s!yb S^ 3I" B 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。 zH.7!jeE a4c~ThbI
}psJ'aiG* U`xjau+ 'En 6h" { 8. 光栅衍射效率 f"z96{zo Nx~8]h1( =YR/|9( 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。 leiP/D6s 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 O>UR\l|+:2 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) =^NR(:SaaU g^=p)h3 >=wlS\:" file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd KATt9ox@ Nb-;D)W;B 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ^MuO;<<,. ~i(X{^,3
TC'tui :dK/}S0 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 q* +}wP VGkwrS;+I 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 PC/Oo~Gx >osY?9
YHl6M&*@ 4;x{@Ln 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)。 F8f@^LVM/ 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 %+qD-{& 6Z0@4_Y@B6 应用示例详细内容 =
oQ-I (z#qkKL{^ 仿真&结果 ^As^hY^p Y$shn]~ 1. 结果:利用光线追迹分析 Bi9 S1p 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 lo Oh }y+ 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 YP/BX52v `J#(ffo-
2/3,%5j_ ,,OO2EgZ` file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd eNR>W>;' [td)v, 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 WL:CBE# 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 2eK!<Gj 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, q{ i9VJ] S{&,I2aO 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 (]>=y B|zJrz0q3
)%I2#Q"Nt- animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 1YL6:5n !RN(/ &%y 3. 衍射效率的评估 FWNWOU 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 {1Z8cV UiO%y
Cz` !j 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Bvb.N$G file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Yi1lvB?m c 2t<WRG 4. 结果:衍射级次的重叠 Iy% fg',% 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。 yY+)IU. 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)。 -{n2^vvF 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。 ',$Uw|N 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) $dIu${lu 光栅方程: &@NTedg! V(u#8M VC$,Y hH_&42E6 kK\G+{z? 5. 结果:光谱分辨率 6aRPm% TrD2:N}dI
Myaj81 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run M$iDaEu- 2O;Lw@W 6. 结果:分辨钠的双波段 (xxNQ]
l-( 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 RvrZtg5 O|wu;1pQ
O<}3\O )G( 5G
@ 设置的光谱仪可以分辨双波长。 ^C$Oht,cU t+y$i@R: file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 4j+FDc` M uz+j.0 7. 总结 q=Xd a0c 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 YD>5zV%!D 1. 仿真 NX.%Rj* 以光线追迹对单色仪核校。 {<$ D|<S 2. 研究 Lxz!>JO> 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。 K=lm9K 3. 应用 tf<}%4G 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 V;}kgWc1 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。 }Rl^7h<! 扩展阅读 Q5Yy
\M 1. 扩展阅读 [=/Yo1:v 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 q+<<Ku(20 F3uR:)4<M 开始视频 Qg9*mlm` - 光路图介绍 o9GtS$O\ - 参数运行介绍 EY+/
foP - 参数优化介绍 Z/
w}so 其他测量系统示例: f[r?J/;P9 - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ;zq3>A - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) iB-h3/
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