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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) 2N)=fBF%-  
    4nkH0dJQ  
    应用示例简述 "m})~va  
     TJ7on.;  
    1.系统说明 ?PiJ7|  
     `Q1T-H_  
    光源 $;7?w-.  
    — 平面波(单色)用作参考光源 'mpY2|]\$  
    — 钠灯(具有钠的双重特性) al=Dy60|z  
     组件 k]Y+C@g  
    — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 00?^!';  
     探测器 td q;D  
    — 功率 ~FH''}3:3  
    — 视觉评估 kJy<vb~   
     建模/设计 2|tZ xlt-  
    — 光线追迹：初始系统概览 dGQxGt1  
    — 几何场追迹+(GFT+)： 1W8[ RET  
     窄带单色仪系统的仿真 e+bpbyV_#  
     为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 nk1(/~`  
    B;N40d*W  
    2.系统说明 sq*R)cZ  
    .qy._C2(  
     Nol',^)  
    RmO-".$yt  
    3.系统参数 W2tIt&{  
    9NaC7D$,  
     !OPK?7   
    =NAL*4c+  
    INW8Q`[F  
    4.建模/设计结果 [:a;|t  
     ?F*gFW_k  
    2{"Wa|o`  
     ,bmiIW%  
    总结 nE]R0|4h  
     y_qFXd  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 CeR4's7  
    1. 仿真 mn*.z!N=  
    以光线追迹对单色仪核校。 `*9W{|~Gwx  
    2. 研究 BI;in;Ln  
    应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 3RscuD&  
    3. 应用 |=l;UqB  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Gi]Pwo${  
    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。 PLg`\|  
     H h$D:ZO  
    应用示例详细内容 $&n!j'C:  
    系统参数 `iv,aQ '  
     +q) ^pCC  
    1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 Da_g3z  
    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。 @`$8rck`  
    qB3 SQ:y  
     ?&)<h_R4p  
    0u QqPF t  
    2. 系统参数 L2P~moVIi  
     i4'?/UPc  
    元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 \4~uop,Nb+  
    r@"Vbq%  
     8NPt[*  
    #`); UAf  
    3. 说明：平面波(参考) <bXfjj6YJ@  
    KSqWq:W+  
     采用单色平面光源用于计算和测试。 ?t'O\n)M  
    `DC)U1  
     e}(ws~.  
    TaG'?  
    4. 说明：双线钠灯光源 vov"60K  
    )]n:y M  
    DWHl,w;[z`  
     为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 zYYc#N/  
     双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 P`Anf_  
     由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 8> T '  
    syv6" 2Z'B  
     @/`b:sv&*  
    Z99%uI3  
    5. 说明：抛物反射镜 NL0X =i  
    FX+Ra@I!  
    87>\wUJ  
     利用抛物面反射镜以避免球差。 N#6&t8;kTC  
     出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 Y=x]'3}^  
    #8%Lc3n  
    ^B1Q";# B^  
    Q^DKKp  
     K {!eHTU  
    /"~CWNa  
    6. 说明：闪耀光栅  z4&|~-m,  
    tl CgW)<?  
    (4>k+ H  
     采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 * "~^k^_b}  
     通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 %=]~5a9  
    1$q SbQ  
    ds4ERe /  
    km}%7|R?  
     Yr ,e7da  
    .?<,J  
    7. Czerny-Turner 测量原理 qI) Yzc/  
     UKZsq5Q  
    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。 yw{GO([ZQ  
    _Sosw|A  
     e#0R9+"Ba  
    rKg5?.  
    Z<0M_q9?MO  
    8. 光栅衍射效率 n* 9)Y~  
    Ih{(d O;  
    WDP$w( M  
     VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 :&/'rMi<T  
     因此，每一个波长的效率可视为独立的。 /U`"Xx  
     3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) SYw>P1  
     eXc`"T,C.  
    D+9xI  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd V[(zRGa{  
    ';^VdR]fk  
    9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Pn[-{nz  
    ~Ub '5M  
     O< v0{z09*  
    lOCMKaCD  
     由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 jri=UGf  
    AcwLs%'sx  
    10. Czerny-Turner 系统的3D视图 H]H*Ouu["e  
    Ev,>_1#Xm  
     uv%T0JA/  
    %|I~8>m  
     增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 ,_!pUal  
     不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 T[`o$j6  
    X/}kNW!q  
    应用示例详细内容 $>hPB[[  
     Y^M3m' d?  
    仿真&结果 wI'T J e,  
     C?fd.2#U  
    1. 结果：利用光线追迹分析 |e!%6Qq3  
     首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 NoB)tAvw  
     对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 3,8<5)ds*  
    *?zmo@-  
     ~Y7>P$G)  
    6U Q~Fv`]  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ]u?|3y^ (  
     -,)&?S  
    2. 结果：通过虚拟屏的扫描 _ho9}7 >  
     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)。 *P7 H=Yf&  
     采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ZP &q7HK\  
    F0qpJM,  
     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。 [_Fj2nb*  
    tg_xk+x  
     T`mG+"O  
    animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 7hQXGY,q  
     2Nrb}LH  
    3. 衍射效率的评估 P(a!I{A(  
    为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 K| %.mc s4  
    vMu6u .e  
     RZoSP(6  
    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。 Lp.dF)C\  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd %CV@FdB  
     -+?ZJ^A   
    4. 结果：衍射级次的重叠 #Z#rOh  
     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。 mE=%+:o.  
     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)。 Y)H~*-vGu  
     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 ~jO  
     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) He vZ}.  
     光栅方程： w%~UuJ#i  
     )lg>'O  
    o9\J vJk  
    f@yInIzRJ  
    ;l`us  
    5. 结果：光谱分辨率 B6ee\23  
    o5LyBUJ  
     ;}1O\nngR  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run uE] HU  
     Vl'Gi44)3"  
    6. 结果：分辨钠的双波段 TS4Yzq,f  
     应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 =\~<##sRJ  
       v+d} _rCT  
    uaghB,i'n  
     mO<1&{qMZ  
    设置的光谱仪可以分辨双波长。 NW_i<#  
    8uAA6h+  
    file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run X!,huB^i  
    JOwm|%>3a  
    7. 总结 Fi)(~ji:  
    模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 $ /`X7a{  
    1. 仿真 !=Scpo_  
    以光线追迹对单色仪核校。 pLj[b4p9  
    2. 研究 R&.mNji*  
    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。 41uiW,  
    3. 应用 sE^ee2]OI@  
    应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ~'1gX`o:  
    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。 Ui?iMtDr  
    扩展阅读 .fFXH  
    1. 扩展阅读 Op()`x m  
    以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 W {A4*{  
    q"(b}3  
     开始视频 lT^/ 8Z<g  
    - 光路图介绍 w1Txz4JqB  
    - 参数运行介绍 2$r8^}Nj?  
    - 参数优化介绍 +~(SeTY  
     其他测量系统示例： w.VjGPp  
    - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ZSWZz8  
    - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) (^pIB~.z  
     
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