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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) 1NT@}j~/  
    ueYZM<],  
    应用示例简述 ?E2/ CM  
     .QzHHW4&0  
    1.系统说明 X5527`?e  
     QkwBw^'_5  
    光源 `(EY/EsY  
    — 平面波(单色)用作参考光源 >ZuWsA0q  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) N%:QaCZKw  
     组件 PygaW&9Z|d  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 X61]N^y  
     探测器 /N7j5v(  
    — 功率 ">lu8F  
    — 视觉评估 s 7iguFQ  
     建模/设计 vWcU+GBZI  
    — 光线追迹：初始系统概览 Y: oL  
    — 几何场追迹+(GFT+)： ;+`t[ go  
     窄带单色仪系统的仿真 Y dmYE $  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ub6=^`>h  
    [F/>pL5U$  
    2.系统说明 4WZ:zr N  
    4}Y2 B$  
     NB;8 e>8  
    kb ]PW Oz  
    3.系统参数 u!];RHOp|  
    |#Bz&T  
     vZmM=hW~  
    S.aSNH<  
    xg k~y,F  
    4.建模/设计结果 gN Xg  
     J84Q|E  
    g>A*kY  
     \vXo~_-&  
    总结 f+j\,LJ  
     t{| KL<d]  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Q-_&5/G  
    1. 仿真 Jc"xH~,  
    以光线追迹对单色仪核校。 (4L XoNT  
    2. 研究 YN#i^(  
    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。 eYMp@Cx  
    3. 应用 D$d8u=S  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 F$7>q'#  
    可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 @-Tt<pl'L  
     -uXf?sTV  
    应用示例详细内容 E4 GtJ`{X  
    系统参数 @k>}h\w  
     fwK5p?Xhm  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 h5e(Avk  
    Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 OZ3iH%  
    85+'9#~!  
     P3UU~w+s  
    1%68Pnqk  
    2. 系统参数 )-%3;e<w  
     U,Ya^2h%  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 SK t&]H  
    dE~]%fUFy-  
     mN?y\GB  
    D^8]+2r  
    3. 说明：平面波(参考) n]^zIe^6  
     L_3Ao'SA  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 Fcz7   
    7yM=$"'d  
     v1h\ 6r'  
    )voJq\Y)%  
    4. 说明：双线钠灯光源 Hd]o?q\  
    d$qivct  
    m/@ ;N,K  
     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。 Wu3or"lcw*  
     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)。 D])&>  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 DSjEoWj   
    yuIy?K  
     #t N9#w[K{  
    n@|5PI"bx  
    5. 说明：抛物反射镜 >G7dw1;  
    ]!CMo+  
    oGt,^!V1  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 mq 0d ea  
     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。 B' }h6ZH  
    $eHYy,,  
     2%4u/  
    Buc{dcL/  
     FM$$0}X  
    1eHU!{<fqm  
    6. 说明：闪耀光栅 )Fk*'6  
    &:Q^j:  
    'Ur1I "  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 tVfZ~q J  
     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 6z`l}<q  
    %Q,6sH#  
    BoJpf8e'-e  
    XZ%3PMq  
     3yGo{uW  
    0O>T{<  
    7. Czerny-Turner 测量原理 6%yt"XmT  
     hTfq>jIB_  
    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。 r2ZSkP.  
    5&)T[Q X`  
     Hk&op P9)  
    n_~u!Ky_P  
    -gn!8G1  
    8. 光栅衍射效率 R+sv?4k  
     4,g_$)  
    _2Zc?*4  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 u~rPqBT{d3  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 8'WoG]E_  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) ql/K$#u  
     3~q#P   
    [0bp1S~  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd DpCe_Vb%M  
    +{~ cX] |  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ;t~Y>,  
    G*s5GG@Z.  
     %Ev)Hk  
    2CMWJi  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 C6"{-{H  
    z`H|]${X  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 (usFT_  
    g3|k-  
     J,G/L!Bp  
    FPb4VJ|xm  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 `y3*\l  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 4 :phq  
    :(Ak:  
    应用示例详细内容 r\A|fiL  
     }!uwWBw`  
    仿真&结果 ilRPV'S^  
     A&N$=9.N1  
    1. 结果：利用光线追迹分析 %45*DT  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。  o,rK8x  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 _U|rTil  
    -!lSk?l  
      eC[G4  
    |.OS7Gt?  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd uS<og P  
     QsX`IYk  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 g '+2bQ  
     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)。 QVF561Yz  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， %0 p9\I  
    g#Z7ReMw  
     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。 vYybQ&E/  
    ,\ -4X  
     o)wOXF  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms dUQ )&Hv  
     =}" P;4:  
    3. 衍射效率的评估 /hur6yI8  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 sa}.o ZpQ  
    ]`q]\EH  
     tUksIUYD\  
    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。 |H(i)yu"5'  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd _'|C-j`u$  
     C1#f/o->  
    4. 结果：衍射级次的重叠 *:% I|5  
     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。 >]HvXEdNZ|  
     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)。 HBNX a  
     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。 ai<K6)  
     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) dy~M5,zn  
     光栅方程： wE -y4V e  
     4j}.=u*X7  
    F0wW3+G  
    ?e%u[Q0  
    :*vSC:q  
    5. 结果：光谱分辨率 _H@8qR  
    SBaTbY0  
     \maj5VlJ  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run cm8co  
     hltUf5m'b  
    6. 结果：分辨钠的双波段 KGf@d*ZOMz  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ^?: Az  
       og1Cj{0  
    Uw?25+[b  
     8 .&P4u i  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 jgqeDl\=+  
    BC85#sbl  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run /uPMzl  
    Ld'3uM/  
    7. 总结 \'X-><1  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 sHPlNwyy  
    1. 仿真 )+"(7U<  
    以光线追迹对单色仪核校。 a# Uk:O!  
    2. 研究 3t5W wrNh  
    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。 ?es9j]  
    3. 应用 /GO((v+J  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 -^*8D(j*  
    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。 p`S~UBcL.  
    扩展阅读 +O1=Ao  
    1. 扩展阅读 J! "m{ 8-  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 DG=_E\"#  
    o9v.]tb  
     开始视频 .B! L+M< [  
    - 光路图介绍 <899r \  
    - 参数运行介绍 KhPDXY]!  
    - 参数优化介绍 H:t2;Z'  
     其他测量系统示例： -5\.\L3y)  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) !MOcF5M  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) dCWq~[[  
     
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