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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) bf0+DvIB  
    yZd +^QN  
    应用示例简述 \:R%4w#Jv  
     eD-#b|  
    1.系统说明 mCRt8 rY;  
     dCb`xR}  
    光源 KjV:|  
    — 平面波(单色)用作参考光源 ,/[6e\0~  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) 7}1~%:6  
     组件 :d3bt~b'  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 7ByTnYe~S  
     探测器 PiYY6i0  
    — 功率 8m5p_\&  
    — 视觉评估 Q)"C&) `l  
     建模/设计 aGK?x1_  
    — 光线追迹：初始系统概览 SH3|sXH<  
    — 几何场追迹+(GFT+)： z MLK7+  
     窄带单色仪系统的仿真 [N1hWcfvd  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 J~=n`pW  
    |}2 3>l7  
    2.系统说明 "~`I::'c  
    ^L0d/,ik  
     jQk*8   
    Kqun^"Df  
    3.系统参数 iM2W]  
    syk!7zfK  
     ]FD'5p{  
    +U_=*"@|  
    ]e >RK'  
    4.建模/设计结果 R,)}>X|<  
     1[kMOp  
    O#&c6MDB:  
     YiYV>gaf"H  
    总结 HfcL%b%G8  
     b:=TB0Fx?n  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 -D xL0:E  
    1. 仿真 u7bLZU 0  
    以光线追迹对单色仪核校。 [qdRUV'  
    2. 研究 Q#^Qv.s?K  
    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。 dX\.t <  
    3. 应用 x??pBhJH  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 W-Fu-Cz=  
    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。 /V=24\1Ky  
     ~CtL9m3tO  
    应用示例详细内容 x8!ol2\`<  
    系统参数 $=5=NuX  
     nM\eDNK  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 Q F-LU  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 1?)Xp|O  
    GQ*wc?f3  
     [(o7$i29|%  
    uqM yoIc  
    2. 系统参数 7uT:b!^f[  
     GFfq+=se  
    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。 V<D.sd<  
    p>vn7;s2#  
     O_cbP59Y.  
    _8Z_`@0  
    3. 说明：平面波(参考) I6j$X6u  
    ~ns7O  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 PGYXhwOI  
    cUqke+!  
     )>b.;  
    k4,BNJt'Z  
    4. 说明：双线钠灯光源 0ge$ p,  
    z>jUR,!GT  
    N-jTc?mT~&  
     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。 bKj%s@x  
     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)。 LUH"  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 I&MY{f  
    _ ):d`O e  
     vohoLeJTj  
    zrR`ecC(b  
    5. 说明：抛物反射镜 gzBy?r> r  
    Jg]'+>,J  
    pWPIJ>2G:  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 BYO"u6  
     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。 qb5#_1qz+^  
    T<JwD[ (  
    cE`6uq7 p  
    %|^OOU}  
     ]?Fi$3Lm  
    j<2m,~k`V  
    6. 说明：闪耀光栅 /" ${$b{  
    # altx=6'  
    |} {B1A  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 uC8L\UXk  
     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 aO@ 7O*  
    GuGOePV  
    rj6tZJZ#o0  
    mNb ?*3\  
     >*-FV{{  
    %q!8={J8  
    7. Czerny-Turner 测量原理 fLSXPvm  
     j [rB"N`0  
    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。 {fha`i  
    "t({D   
     ?OE.O/~l  
    Xcrk;!IB?  
    ({-GOw46  
    8. 光栅衍射效率 |\n@3cIK  
    V?P,&c?84  
    Di@GY!  
     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。 1G0fp:\w  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 cTXri8K_  
     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) PzV@umC1#f  
     ?gO8kPg/D  
    3m>+-})d  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd P y>{t4;S  
    9Ro6fjjE  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 yfj K2  
    y kW [B  
     pG34Qw  
    ew;ur?  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 cooUE<a  
    ~_9n.C  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 |\dZ'   
    ZxG}ViS4I  
     'Q =7/dY3I  
    }<>~sy  
     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)。 /^$UhX9v  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 BnCKSg7V  
    R64!>o"nED  
    应用示例详细内容 N%7{J  
     ?9HhG?_x  
    仿真&结果 Qd_Y\PzS  
     gP-nluq  
    1. 结果：利用光线追迹分析 ;>%~9j1C  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 \.f}W_OF  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 7_wJpTz  
    Wxk x,q?  
     Ku/~ N#  
    X; 5Jb  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd d'*]ns  
     g|Y] wd  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 zf.- I  
     通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 hKNY+S})g  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， rZojY}dWJ  
    xq %{}  
     通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 !mRx$ %ul  
    N7%TYs  
     R8-^RvG  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms .lBgp=!  
     .6m "'m0;  
    3. 衍射效率的评估 ^ *&X~8@)  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 kvGCbRC  
    QC0!p"  
     ?Pwx~[<1""  
    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。 451'>qS  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd {%.Lk'#9  
     F52B~@ .  
    4. 结果：衍射级次的重叠 #.5vC5  
     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。 m ,>  
     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)。 h(B,d,q"  
     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。 >p])it[q&$  
     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) ?$z.K>S5  
     光栅方程： $ P: O/O=>  
     /%n`V  
    "PH6e bm  
    ~%ozgzr^  
    ;pJ2V2 g8  
    5. 结果：光谱分辨率 4ZC!SgJo  
    PzZZ>7_6S  
     sk2%  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run K?u(1  
     TNY4z(r  
    6. 结果：分辨钠的双波段 [m'CR 4(|  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 8[bkHfI  
       J?n<ydZSH  
    u>.y:>  
     'GJVWpvUU  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 w7-WUvxl  
    ~VTs:h  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Qbeeq6  
    5IqQ|/m<6  
    7. 总结 BRbV7&  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 $R^AEa7  
    1. 仿真 -s__ E  
    以光线追迹对单色仪核校。 :Gh~fm3}  
    2. 研究 I<h=Cj[[  
    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。 $v} <'  
    3. 应用 fP%Fyg^k  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 h<p3'  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 .dq "k  
    扩展阅读 TSo:7&|  
    1. 扩展阅读 6ri#Lw  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 #Ogt(5Sd  
    ,#'7)M D8  
     开始视频 R[A5JQ$[  
    - 光路图介绍 S|R|]J|  
    - 参数运行介绍 BIWD/ |LQ  
    - 参数优化介绍 3vJ12=  
     其他测量系统示例： tfiqr|z  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) rhY_|bi4P  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) *,#q'!Hq  
     
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