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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) @-'/__cgt MU_!&(X_ 应用示例简述 LP^p~5Az e[x?6He,$ 1.系统说明 CfPXn0I 5f;n<EPy 光源 Km6Ub?/7o — 平面波(单色)用作参考光源 LP.HS'M~u — 钠灯(具有钠的双重特性) $|4cJ#;^L 组件 F(Lb8\to\M — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 Uc_jQ4e_ 探测器 ,>D ja59 — 功率 ]Nnxnp — 视觉评估 h&)fu{ 建模/设计 UZzNVIXA% — 光线追迹:初始系统概览 iuiAK — 几何场追迹+(GFT+): 3p:=xL 窄带单色仪系统的仿真 H_VEPp,T 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 =WIE>*3[ Oo FgQEr@ 2.系统说明 an3~'g? FX
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:]vA2 T>d\%*Q+B 3.系统参数 r
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+"jl(5Q ?nQ_w0j EJ1Bq>u7 4.建模/设计结果 ZB-QABn Vwjk[ DOL
k/% #> he"L*p*H 总结 q[-|ZA bbr \Ke8W,)ew 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 b`$yqi<[ 1. 仿真 2b5 #PcKa 以光线追迹对单色仪核校。 t5xb"F
2. 研究 M(yH%i^A 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。 M)L/d_4ka 3. 应用 IE2CRBfs 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 fV 3r|Bp 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。 Rq) 0i}F >QXzMN}o 应用示例详细内容 :pRF*^eU 系统参数 m#JI!_~! K4C^m|e 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 UH[<&v 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。 QIQfI05 :Zza)>l
3?Lgtkb8 z5'ZN+ 2. 系统参数 e9&+vsRmA _3/ec]1 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。 wq UQ"d >-M ]:=L
%`e`g ^ PY?8[A+ 3. 说明:平面波(参考) k'Gw!p} $xT1 1 ^ 采用单色平面光源用于计算和测试。 joqWh!kv7U K1OkZ6kl
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[>f]@> 4. 说明:双线钠灯光源 #Q}_e7t #;]2=@ \@K~L4> 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 );Z]SGd 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 ;FU|7L$H 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 ~h!
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b0rX QMu A?8\Y{FQ 5. 说明:抛物反射镜 |f\D>Y%) Mu{BUtkzG iCP~O 利用抛物面反射镜以避免球差。 Ow@v"L;jF! 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。 D<bI2 )u*^@Wo
)o{aeV )MSZ2)(
Ja|{1&J. /1d<P! H 6. 说明:闪耀光栅 gzf-)J jAC78n,Fi@ w_Uh 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 XN#&NT{t} 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 hi|! :U'Cor
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or 2|O#= zXZir7NfM
iidT~l &eQJfc\a 7. Czerny-Turner 测量原理 booRrTS mrM4RoO 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。 %d2!\x%bG S_b/DO
F}Srn;V [=uIb._Wv X(*!2uS 8. 光栅衍射效率 vWjnI*6T# ,DQjDMjrf <jA105U"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。 [syj# 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 eGL<vX 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) Udgqkl 2S~R !
7K;!iX<d file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd -SCM:j%h Z[?mc|*x 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Z7a945Jd *if`/N-q(m
nP3 E pQa:pX 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 `<frgXu64 =(o']ZaaA 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 8b(!k FxD >IfV\w32
:"1|AJo) ztll} 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)。 "ju'UOcS/ 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Dw6 fmyJ: 9902+pW 应用示例详细内容 (?0`d L|j%S 仿真&结果 P8Qyhc :-T*gqj| 1. 结果:利用光线追迹分析 ]?+{aS-]?k 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 3gEMRy*+ 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 u]*0;-tz UL$}{2N,_
oUZoj2G1 Vvp[P> file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 4rg2y] a_~=#]a 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 Kn`M4O 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 > L2HET 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, &7e)O=
Yf@e=: 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 AIYmS#V1W2 R%Y`=pK>}
Lh.b5Q| animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 942lSyix 4GdX/6C. 3. 衍射效率的评估 ')Y'c 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 ,f3pqi9| "Jq8?FoT
MRNNG6TUs 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 : 18KR*;p file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd m0n)dje !>,m&O-x 4. 结果:衍射级次的重叠 \NZIEu)5? 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 +ZMls
[ VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 pKiZ)3U 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 CAq/K?:8 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) O/s$SX%g 光栅方程: :}8Z@H!KkY U1_@F$mq<
"5R~(+~<@ ?'86d_8 JxE53ev 5. 结果:光谱分辨率 L!0OC''C C?v[Z]t
MTg:dR_ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run gxz-R?. _.IxRk)T 6. 结果:分辨钠的双波段 J%09^5:-z 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 7w,FX.=;cv 9EDfd NN
{'?)FX*W Vtc36-\1* 设置的光谱仪可以分辨双波长。 0sN.H= %~L>1ShtU file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run CYYkzcc^ ::Ke^dp 7. 总结 /Jf.y*; 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 UcBe'r}G 1. 仿真 `>0MNmu 以光线追迹对单色仪核校。 ku$$ 1xq 2. 研究 ,@1p$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。 jK \T|vGJa 3. 应用 kB?al#` 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 7+X:LA~U 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。 Ee4&g<X. 扩展阅读 ~|<WHHN( 1. 扩展阅读 R\o<7g-| 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ee%fqVQ8P q0f3=" 开始视频 l @^3Exwt - 光路图介绍 'smWLz} - 参数运行介绍 ,0x y\u - 参数优化介绍 3a.kBzus 其他测量系统示例: >:D
j\"o - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) zSo)k~&[3 - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 'cY` w 4`JH&))} ]-ZEWt6lsc QQ:2987619807 3nZo{p:E
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