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2020-11-19 09:26 |
Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真
测量系统(MSY.0003 v1.1) uxzze~_+C ?G-e](]^< 应用示例简述 <NuUW9+ oDU ;E 1.系统说明 ]~E0gsq
4A2?Uhpy 光源 -
h9?1vc7 — 平面波(单色)用作参考光源 afb+GA! — 钠灯(具有钠的双重特性) /\WQxe 组件 Y2?.}Z O — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 &Y^WP?HS 探测器 f?'JAC* — 功率 1Q.\s_2 — 视觉评估 E,f>1meN= 建模/设计 iX4Iu3 — 光线追迹:初始系统概览 ~PHB_cyth — 几何场追迹+(GFT+): Y14W?|KOB 窄带单色仪系统的仿真
3dRr/Ilc 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 gw}Mw
Yl.0aS 2.系统说明 hc'-Dh ti<;7Yb
6KOlY>m] m:/wG&
! 3.系统参数 BouTcC PfZ+PqS
Ey4z.s'-l *>+,(1Fz = hN
!;7G 4.建模/设计结果 B0ndcB- z$kenhFG/
wW/7F;54 "|HDGA5 总结 $]rj73p^tH ;Yg{zhJX~ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Jzp#bgq}| 1. 仿真 w &%~3Cz. 以光线追迹对单色仪核校。 _Y[jyD1> 2. 研究 +r<0zh,n. 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 V}zEK0n(6 3. 应用 jr3ti>,xV 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 }nMPSerE 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Zw~+Pb zrU{@z$l 应用示例详细内容 B.L]Rk\4 系统参数 c~v~2DM gc?#pP 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 zdp/|"D! 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。 ]$,UPR/3 l3IWoa&sh
EKzAd \~5C7^_ 2. 系统参数 nYJTKU s|NjT 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 O/!bG~\Y !S_^94 b@
/AQMFx4-5 :hI@AA>g 3. 说明:平面波(参考) LvEnX S B)QHM+[=F 采用单色平面光源用于计算和测试。 > z^# {b@KYR9K
CQpCS_M -<_Ww\%8M 4. 说明:双线钠灯光源 IO/4.m-aN# @e'5E^ E(i[o? 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 %G?;!Lz 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 "ax..Mh\y 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 ymNnkFv _fwb!T}$
36n>jS& _kY#D;`:r 5. 说明:抛物反射镜 ,<Q~b%(3 g38&P3/ 84{Q\c 利用抛物面反射镜以避免球差。 >[1W:KQA 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。 mP(kcMT" 8L1oh j
U bYEEY# -uH#VP{0M
q}FVzahv OK{xuX8u 6. 说明:闪耀光栅 =GXu 5 8 42 \-~] U-^[lWn[@4 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 2+Wzf)tB 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 v<9&B94z GT J{h
zY|klX}) -`Y:~q1
~RD+.A 3or\: 7. Czerny-Turner 测量原理 |~
_'V " h},oF!, 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。 8/"fWm/ P5gN #G
:h1pBEiH _qWliw:0# v~/~@jv 8. 光栅衍射效率 28OWNS
M= vsj3 5ZY)nelc 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。 "+uNmUUnm 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 Krs2Gre} 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) DSxUdEK6 -!({BH-M_
1J?dK|% b file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd }17.~ NS C/@._ 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 iL7VFo:Q vJ`.iRU|
Xe+,wW3YF 4"=Vq5 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 gip/(/NX |7@O($ b 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 0ji
q-3V) $Q+s/4\
~3RC>8*Qw 6/ `.(fL1 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 PNeh#PI6) 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 _#_
E^! _e!F~V. 应用示例详细内容 2ij#
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; nNmsr=y5 仿真&结果 A-ZmG7xk q/1Or;iK 1. 结果:利用光线追迹分析
st'D 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 6>
{r6ixs1 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 [/RM=4Nh5 5HS~op2n/
@$eT~ C [hRU&z;W file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd N]YtLa,t >\A8#@1 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 ,572n[-q 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)。 /( 6|{B 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, -p-0;Hy
Vga-@ 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。 7L:7/ A 699FQ
9TxyZL
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms v0l_w )$x_!=@1 3. 衍射效率的评估 r(2R<A 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 G"y.Z2$ vs&8wbS)
kD.pzxEM 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。 giavJ| file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd !Ngw\@f >P. 'CU 4. 结果:衍射级次的重叠 Rn+4DcR 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。 R
UTnc 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)。 1q.(69M 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。 g2p"LWex- 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) gd6Dm4q( 光栅方程: Ov9Q?8KzM X21dX`eMN
gmSQcN) 'i>xf
^ 7]22"mc 5. 结果:光谱分辨率 /owO@~G RHNk%9
%kU'hzLg file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Q* O<@ ?$%%Mp( 6. 结果:分辨钠的双波段 2RppP?M! 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 M2T| "Q"= 6/mF2&&g
eXy"^xp^ Qu~*46?0 设置的光谱仪可以分辨双波长。 m s~8QL =K$,E4* file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run E,*&BDW H}b\`N[nr 7. 总结 ]HvZ$ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 !E&MBAKy 1. 仿真
CB*/ =Y 以光线追迹对单色仪核校。 uMFV%+I 2. 研究 >#N[GrJAE 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。 ,{<p 3. 应用 xFsmf< Vm 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 jM__{z 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。 if~rp-\P 扩展阅读 %<}=xJf>1 1. 扩展阅读 fA8ozL T 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ^,7=X8Su k90B!kg 开始视频 6[==BbZ - 光路图介绍 BXTN>d27 - 参数运行介绍 l_+A5Xy - 参数优化介绍 D@vMAW 其他测量系统示例:
lfy7w| - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 8wF#e\Va0 - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) koH4~m{ 4 iH&:Al AMk~dzNt QQ:2987619807 fS./y=j(X
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