| infotek |
2020-11-19 09:26 |
Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真
测量系统(MSY.0003 v1.1) 7mtX/w9 X}B]0z> 应用示例简述 }va>jfy 2sH1),\ 1.系统说明 5&TH\2u {3!E8~ 光源 6os{q`/Q]) — 平面波(单色)用作参考光源 20cEE> — 钠灯(具有钠的双重特性) DhD^w;f] 组件
()e|BFL . — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 h&2l0|8k 探测器 AL;4-(KH — 功率 -; *lcY* — 视觉评估 #jM-XK 建模/设计 7>
8L%(7 — 光线追迹:初始系统概览 y_r(06"z1 — 几何场追迹+(GFT+): b)@rp 窄带单色仪系统的仿真 bXk(wXX 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 CaR-Yk
4d\V=_);r 2.系统说明 N5. B"l uR6 `@F
VhN 6
oI ZdgzPs" 3.系统参数 Q)=LbR{# u=t.1eS5
oS^KC}X Ug\$Ob5=q LB`{35b-
4.建模/设计结果 -ARks_\ xJ9aFpTC
Up5 |tx7 sO{TGk]* 总结 }:57Ym)7w .FG%QF F~ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 1Eb2X}XC 1. 仿真 |Wr$5r 以光线追迹对单色仪核校。 rFaG-R 2. 研究 e,
fZ>EJ 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 </2 aQn 3. 应用 Ub/ZzAwq 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 1!NrndJ I 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 3S"
/l (eSsx/ 应用示例详细内容 d/!\iLF 系统参数 7}vI/?r I-#7Oq:Np 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 OrwVRqW-z Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 KD.|oo k-^le|n9
51Vqbtj^ ;Y0M]pC 2. 系统参数 G.`},c;A- SP/'4m 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 ~d\^ynQ Lv#0-+]$Bt
kc(m.k!|f\ &gKDw!al 3. 说明:平面波(参考) `]^W#6l )F Nn 采用单色平面光源用于计算和测试。 p=odyf1hK V>/,&~0
qsQ{`E0 "$pbK: 4. 说明:双线钠灯光源 ea]qX6)UZ I]hjv .>z1BP:( 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 ?U+hse3e~ 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 i&?\Pp;5-j 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 )K$YL='kX Lq;T\m_de
L^*f$Balz U8J9 #+: 5. 说明:抛物反射镜 1\~I "$} D, Gv nfY b.v +5=)B 利用抛物面反射镜以避免球差。 e ^oGiL~ 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。 _QEw=*.< (Gw*xsn 1
{Wi*B( 3n)$\aBE
;0Q" [[J ^RO<r}Bu 6. 说明:闪耀光栅 l i)6^f# 3&CV!+z mt$rjk= 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ,SidY\FzH 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 0G6aF" ]E$NJq|
jXLd#6 ')0@J`
tH4q*\U w^Yo)"6 7. Czerny-Turner 测量原理 x"g)pGsT "T{WOGU+ 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 K4jHha 1Y*k"[?dW
pS|K[:5 2]Il:>n, !Ve0 :$ 8. 光栅衍射效率 ]WY V CgmAxcK f}"eN/T 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。 <g%A2lI 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 i@.Tv.NZ 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) B}[f]8jrM |Q%P4S"B?
Ak,JPzT file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd YLi6GY icIn>i<m 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ,}&TZkN{- KILX?Pt[7
`-.2Z
0 %~PcJhz 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 | bRU=dg r'j88)^ 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 NS2vA>n8R IycZ\^5 *-
%jy$4qAf% in/~' u 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 #Zw:&'
QB 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 5{k,/Z[L
9Y'pT.Gyb 应用示例详细内容 Lv]%P.=[G a`n)aXU l 仿真&结果 zmGHI!tP F5RL+rU(h 1. 结果:利用光线追迹分析 Gmi?xGn 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Y&j`HO8f 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 4qp|g'uXT F`m}RL]g
YB7n}r23 c>K]$;} file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd l;0([_>*j MGsQF #6] 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 cJaA*sg 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)。 pT->qQ3; 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, 'k[qx}
(&Rk#i U
2 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。 /]3[| Z8ea)_{#
P0}{xq'k9v animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms e
O\72? K x)Bbo9J 3. 衍射效率的评估 nK :YbLdK, 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 }+n|0xK u_$4xNmQ
H5x7)1Ir| 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。 uL^; i"" file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 4T(d9y I?}jf?!oM 4. 结果:衍射级次的重叠 xyL)'C 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。 JE-*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)。 qx5`lm~L 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。 NplyvjQN; 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) cb /Q<i 光栅方程: S[3"?$3S Fb(@i
?d-w#<AiV GLtd<M" )~wKRyQff 5. 结果:光谱分辨率 6]b"n'G XeI2<=@%
XYzaSp=bb file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run vd[7Pxe 9KU&M"Yq&i 6. 结果:分辨钠的双波段 !6'N-b1 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 S{;Pga*Px +_7a/3kh
_J!^iJ 7yfh4-1M 设置的光谱仪可以分辨双波长。 X>[i<ei T06(Q[) file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Mqd'XU0L -{cmi,oy 7. 总结 7?=^0?a 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 gQ{ #C' 1. 仿真 89LD:+p/ 以光线追迹对单色仪核校。 pr#%VM[':R 2. 研究 hi[nUG(OI 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。 %LMpErZO 3. 应用 &" t~d}Rg 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 %i9 e<.Ot 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。 qS+;u`s 扩展阅读 T%eBgseS 1. 扩展阅读 BI`)P+K2 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 $CE dJ+0z 9i5?J ]o^ 开始视频 5j`xSG - 光路图介绍 D!o[Sm}JO[ - 参数运行介绍 G*9>TavE - 参数优化介绍 }i~k:kmV 其他测量系统示例: o%?)};o - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) $z%(He - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ur}'Y^0iR T/'z,,Y vdq=F|& QQ:2987619807 blgA`)GI
|
|