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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) &qfnCM0Y  
    3 D<s #  
    应用示例简述 D=*3Xd  
     NYopt?Xg  
    1.系统说明 O3, IR1  
     0N02E  
    光源 !Yuu~|  
    — 平面波(单色)用作参考光源 (6##\}L&9  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) #gjhs"$~  
     组件 @ 63Uk2{W>  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ]ADj 9  
     探测器 ]:Y@pZ  
    — 功率 YK(I '  
    — 视觉评估 1+`Bli]dE  
     建模/设计 '~-JR>  
    — 光线追迹：初始系统概览 1CS[%)-c  
    — 几何场追迹+(GFT+)： %6-5hBzZN  
     窄带单色仪系统的仿真 ySC;;k'  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Z/#l~.o[  
    7S"W7O1>  
    2.系统说明 pv/LTv  
    6|# +  
     VKzY6  
    >e F4YZ"  
    3.系统参数 Wz}DC7  
    ?9jl8r>  
     "'389*-  
    0UV5}/2rP  
    G-5wv  
    4.建模/设计结果 rLt`=bl&&U  
     n%N|?!rB  
    p.Y =  
     U%E6"Hg  
    总结 j,7NLb9M  
     m53XN  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。  ;'^5$q  
    1. 仿真 5f.G^A: _X  
    以光线追迹对单色仪核校。 `S&(J2KV  
    2. 研究 < 0S+[7S"  
    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。 RPb/U8  
    3. 应用 ^F5Q(A  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Oy U[(  
    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。 e1*<9&S  
     P=Au~2X  
    应用示例详细内容 :o!bz>T  
    系统参数 .f+ul@o  
     yJ(BPSt  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 x3X^\ Ig  
    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。 u9 LP=g  
    1M%'Xe7  
     \ C^fi}/]  
    BvXA9YQ3  
    2. 系统参数 u}zCcWP|L  
     L|O'X4"&_  
    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。 ;0)|c}n+.5  
    ?*2DR:o>@  
     <W,M?r+  
    z_)`='&n  
    3. 说明：平面波(参考) HnDz4eD  
    ^/K]id7 2  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 ]n8 5.DF  
    ?{@UB*  
     z>\vYR$  
    W%3<"'eP  
    4. 说明：双线钠灯光源 (\CT "u-  
    \ O*8%  
    m|:O:<  
     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。 J}$St|1y  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 q9cN2|:  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 #FAy ]7/O  
    .3yoDab  
     GFq,Ca~  
    =Nyq1~   
    5. 说明：抛物反射镜 y:C=Ni&,"  
    .u+ZrA#  
    ^Po^Co  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 @-L4<=$J  
     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。 ?+Q?K30:  
    P(n_eIF-f  
    #:UP'v=w  
    Ys+2/>!  
     PVNDvUce  
    T-;|E^  
    6. 说明：闪耀光栅 a9+l :c@  
    K!L0|W H%!  
    E`M, n ,  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 *bOgRM[  
     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 <WWn1k_  
    j'2:z#  
    /=+y[y3`  
    :u ruC  
     +\Zr\fOe|%  
    [ST,/<?0  
    7. Czerny-Turner 测量原理 :iKk"r,2P[  
     eG\|E3Cb9  
    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。 ZcP/rT3{^  
    4^OPzg6Z%p  
     Z(~v{c %<  
    JSCZX:5  
    n/zTS3<  
    8. 光栅衍射效率 Z%_m<Nf8T  
    vz87]InI  
    l ;fO]{  
     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。 u3VSS4RG%  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 J+]W*?m  
     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) r ?e''r  
     W["c3c  
    $bho]~  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ]K^#'[  
    U~nW>WJ+.  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 k% -S7iQ  
    (G#QRSXc\  
     $!m (S&f  
    tl@n}   
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 \-F F[:|J  
    -h|YS/$f  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 V39`J*fI  
    B}|(/a@*  
     4!,`|W1  
    >AUj4d  
     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)。 c1CUG1i  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 V+yyy- /  
    D?Y j5eOa  
    应用示例详细内容 ] 1:pnd  
     HT@/0MF{J  
    仿真&结果 }o  {6  
     :~gG]|F  
    1. 结果：利用光线追迹分析 017(I:V?(:  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 c7[+gc5}  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 iAWd 9x  
    >qT4'1S*g  
     ,vE)/{:d  
    YlP8fxS  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd h+<F,0  
     teDO,$  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 {YoK63b$  
     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)。 x+V@f~2F  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， X$4MpXx  
    G$HXc$OY  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 xD|CQo}:  
    =iEQE  
     +LEU|#  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms FWJhi$\:D]  
     k9|8@3(h  
    3. 衍射效率的评估 X":T>)J-  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 I\FBf&~  
    #3WKm*T/  
     j4fv-{=$  
    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。 ET[vJnReC  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd $ZEwz;HNo  
     {|Pg]#Wi&  
    4. 结果：衍射级次的重叠 j0F'I*Z3  
     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。 (*CGZDg  
     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)。 x%WL!Lo  
     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。 <PayP3E  
     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) s,*kWy"jp  
     光栅方程： M'"@l $[QM  
     U fzA/  
    [!k#au+#c  
    {}W9m)I  
    j18qY4Gw)  
    5. 结果：光谱分辨率 pFZ2(b&  
    1l(_SD;90t  
     p903 *F^[,  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run MBO3y&\S4  
     _?+gfi+  
    6. 结果：分辨钠的双波段 zxV,v*L)  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 e_6-+l!f  
       mg)ZoC  
    }z$_=v  
     {r$n $  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 O6[,K1,  
    #:5vN-9?  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run {);S6F$[3  
    '^!1AGF  
    7. 总结 t5qNfiKC  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ;ZSJ-r  
    1. 仿真 h)MU^aP  
    以光线追迹对单色仪核校。 }!W,/=z*  
    2. 研究 rerl-T<3  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 _,U`Iq+X  
    3. 应用 BM@:=>ypQ  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 UZ`GS$D@  
    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。 xjplJ'jB  
    扩展阅读 is2OJ,  
    1. 扩展阅读 ZE!dg^-L  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 T/A[C  
    vuOixAkw  
     开始视频 FBR]) h'Z  
    - 光路图介绍 8l, R|$RKP  
    - 参数运行介绍 "8'aZ.P  
    - 参数优化介绍 <ah!!  
     其他测量系统示例： ~Lyy7 B9  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) z&3in  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 78iu<L+If  
     
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