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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) *Fu;sR2y%:  
    KreF\M%Ke  
    应用示例简述 m$WN"kV`,9  
    9ELRn@5.  
    1.系统说明 |Wz`#<t  
    PCZ%<>v  
    光源 ]m@p? A$  
    — 平面波(单色)用作参考光源 L6n<h  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) K</="3 HK  
     组件 Fa-F`U@h(m  
    — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 (c|Ry[$|  
     探测器 %h "%G=:  
    — 功率 +xn59V  
    — 视觉评估 ' T%70)CM~  
     建模/设计 eiwPp9[08  
    光线追迹:初始系统概览 H`EsFKw\%  
    — 几何场追迹+(GFT+): Eq6. s)10  
     窄带单色仪系统的仿真 X\HP&;Wd  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 gSt'<v  
    VK3e(7 b  
    2.系统说明 bC0DzBnM;  
    N= {0A  
    _ m<@ou7  
    I W5N^J  
    3.系统参数 `~+[pY 1r  
    R~H+.Vh  
    A`ScAzx5{  
    sQgJ`+Y8_  
    o6c>sh  
    4.建模/设计结果 0p[-M`D  
    IfzZ\x .  
    H#FH '@J  
    Rn5{s3?F~2  
    总结 dZ%rmTE(H  
    v%!'vhf_K  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 6 6Bx,]"6  
    1. 仿真 $E h:m&hq  
    以光线追迹对单色仪核校。 *@zya9y9q  
    2. 研究 8Q\ T,C  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 vCsJnKqK  
    3. 应用 }CB9H$FkCY  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ql(~3/kA_  
    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。 bm#/ KT_8  
    EJaGz\\  
    应用示例详细内容 z-G*:DfgH  
    系统参数 <jIuVX  
    ~xU\%@I\  
    1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 /\d@AB^5I  
    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。 NNn sq@?6  
    6<{XwmM  
    !X ={a{<,T  
    t2RL|$>F1  
    2. 系统参数 /MV2#P@  
    L#Rj~&U  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 prO ~g  
    "s.s(TR8  
    b3l~wp6>  
    9/$Cq  
    3. 说明:平面波(参考) /nzJ`d  
    yL"UBe}v  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 "eZ~]m}L0  
    %{ +>\0x  
    y?ypRCgO.u  
    \<Di |X1  
    4. 说明:双线钠灯光源 /5"RedP<  
    |ohCA&k%;  
    !T RU  
     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。 'l6SL- <  
     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)。 (65|QA   
     由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 Fb<fQIa  
    }-T :   
    gX;)A|9e  
    ]@ N::!m  
    5. 说明:抛物反射镜 eoxEnCU  
    qX:Y I3:,@  
    \fJ _,  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 p"d_+  
     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。 \VHRI<$+5  
    .'zcD^  
    U)] }EgpF  
    Wh^wKF~%  
    !MEA@^$#  
     %&pd`A/  
    6. 说明:闪耀光栅 !;E{D  
    Dgm"1+  
    O[15x H,  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 v{oHC4  
     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 H/$oGhvl  
    UX@8  
    |DLmMsS4  
    1!&m1  
    F`M`c%  
    8DcIM(;Z  
    7. Czerny-Turner 测量原理 v?s%qb=T  
    >N-l2?rE  
    通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 "J>8ZUP  
    /kNSB;  
    `Tc"a_p9t  
    9"f  
    DT3koci(  
    8. 光栅衍射效率 #D .hZ=!  
    F&$~]R=&  
    Cp^`-=r+  
     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。 M sQ=1  
     因此,每一个波长的效率可视为独立的。 >(C5&3^  
     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) 1-~sj)*k  
    jh"YHe/X  
    Y{OnW98  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 5v"Sv  
    N7-LgP  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 AYv7- !Yk  
    Jp-6]uW  
    BQL](Y "  
    %s ">:  
     由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 jO}<W1qy  
    1;JH0~403  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 RSBk^  
    xP $\ }  
    5 #Et.P'  
    {!xDJnF;  
     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)。 x,UP7=6  
     不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 PH>`//D%n?  
    %a|m[6+O  
    应用示例详细内容 Ue(\-b\)  
    \CrWKBL  
    仿真&结果 }ZJ*N Y  
    c|Fu6LF a  
    1. 结果:利用光线追迹分析 2<tU  
     首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 |'](zEwq  
     对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 TV~S#yg+H  
    La r9}nx0  
    a]@BS6  
    S@cKo&^  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd g[(Eh?]Sc  
    A$-\Er+f  
    2. 结果:通过虚拟屏的扫描 -;iCe7|Twf  
     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)。 k:#u%Z   
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, $lb$<  
    xM**n3SZ`  
     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\ax?(z  
    C=`MzZbJ  
    JzmX~|=Xi  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms oW3|b2D  
    Dr5AJ`y9A  
    3. 衍射效率的评估 > *soc!#Y  
    为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 zo:NE0 0  
    3u[5T|D'  
    ;@H:+R+(  
    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。 Z+2 j(  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd FTWjIa/[  
    R7/ET"  
    4. 结果:衍射级次的重叠 mq+<2 S  
     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。 \ {;3'<  
     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)。 $Z<x r  
     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。 $^`@lyr  
     通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) aV#phP  
     光栅方程: 0A')zKik  
    "~L$oji  
    i9D<jkc  
    O3tw@ &k  
    5IfC8drAs  
    5. 结果:光谱分辨率 T l8`3`e  
    pyp0SGCM:  
    yaYJmhG  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run y#i` i  
    _ O;R  
    6. 结果:分辨钠的双波段 J=b 'b%  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 &/(JIWc1su  
       =b#:j:r  
    vrIWw?/z?  
    JC iB;!y  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 ^9 ^DA!'  
    a(lmm@;V<  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run wY"BPl]b  
    VcLzv{  
    7. 总结 j+("4b'  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 BbhC 0q"J  
    1. 仿真 +#9 4 X)*  
    以光线追迹对单色仪核校。 <[?ZpG  
    2. 研究 EkoT U#w5  
    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。 ?{\h`+A  
    3. 应用 ,,]<f*N  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 pd-I^Q3-  
    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。 ATjE8!gO!  
    扩展阅读 d&naJ)IoF)  
    1. 扩展阅读 gv,1 CK  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 [DvQk?,t  
    m]Mm (7v(  
     开始视频 5]zH!>-F  
    - 光路图介绍 p$mt&,p  
    - 参数运行介绍 1 0^FfwRfM  
    - 参数优化介绍 CW -[c  
     其他测量系统示例: ZqX p f  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 3 Scc"9]  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) XrI$@e*  
     
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