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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) W" scV@HKu h0EEpL|\ 应用示例简述 5%"V[lDx@ [+^1.N 1.系统说明
_O?`@g?i GblA9F7 光源 "69s)~ — 平面波(单色)用作参考光源 *;W+>W — 钠灯(具有钠的双重特性) O2V 组件 !t"4!3 — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 y
RqL9t 探测器 |]bsCmD — 功率 aj='b.2) — 视觉评估 q])K,) 建模/设计 Xg6Jh`` — 光线追迹:初始系统概览 4Z3su^XR — 几何场追迹+(GFT+): ijv(9mR 窄带单色仪系统的仿真
1~gnc|? 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 cVv=*81\ AI2)g1m 2.系统说明 MpT8" /.]A rI{; I DV
hPkp;a # 8S
TvCH"Z_ 3.系统参数 ScOK)nL" %uDi#x.
[jQp~&nY b=C*W,Q_# aqZi:icFa 4.建模/设计结果 %@b0[ZC ^e,.
|d2SIyUc NWESP U):w 总结 J3V=
46Yc ; nfdGB 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 XSB"{H>& 1. 仿真 n`_{9R 以光线追迹对单色仪核校。 5Pc;5
o0C 2. 研究 XT%nbh&y 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。 g{)dP!} 3. 应用 ?FZ HrA 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 #lo6c;*m5 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。 =ZznFVJ`={ /KaZHR. 应用示例详细内容 B:Oa}/H
系统参数 y-b%T|p9 9.M4o[ 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 F~vuM$+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。 eb\K "ec" /U*C\ xMm
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0/6*] oH?b}T=9jz 2. 系统参数 _yx>TE2e $99n&t$Y 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。 }"H,h)T qBQ?HLK-
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B"w?;EeV. 3. 说明:平面波(参考) wU36sCo <NY^M! 采用单色平面光源用于计算和测试。 !*&V-4 05#1w#i
|^I0dR/w: qA7>vi% 4. 说明:双线钠灯光源 :S83vE81WK S3 %FHS *;slV3 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。 >2)OiQ`zg 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)。 UgSB>V<? 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 bH9kj/q\b jOunWv|
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)I= {]!mrAjD 5. 说明:抛物反射镜 L#{S!P," #G|RnV%t$~ Sv#XIMw{, 利用抛物面反射镜以避免球差。 SM#]H-3 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 bo>*fNqAIy Zn+.;o)E<
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2;`1h[,-^ =:Fc;n>c<K 6. 说明:闪耀光栅 3S@7]Pg 6<SAa#@ey xh,qNnGGi 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 CyFrb`% 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 <z&/L/bl" "Yv_B3p
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a2O75 kWnm jXx<`I+] 7. Czerny-Turner 测量原理 4r#= * (zYtNLoFx 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 (0r3/t?DQ |bHelD|
)p0^zv{ ItVWO:x&v 'RR~7h 8. 光栅衍射效率 (O?.)jEW(. W]1)zO ;(/ZO%h VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 Jb@V}Ul$ 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 %QGC8Tz 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) \;3~a9q% ||= )d&
t;Sb/ 3 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd F?*-4I- 8 &LQzwa 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 [< ?s?Ci ~O0 $Suv
L|:`^M+^w 2DtM20<> 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 XGWSdPJLr "Mn6U- 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 mt{nm[D!Xp oy=js -
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/HHy, SCHP L.n 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 GL#u p 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ^z IW+: &\WSQmtto 应用示例详细内容 9gDkTYkj 4#xDgxg\f 仿真&结果 I<mV+ex TH&U
j1 1. 结果:利用光线追迹分析 Y-_`23x` 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 !qh]6%l 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 z6=Z\P+ gnOt+W8
8,4"uuI mbTEp*H file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ]Idk:et ]Ji.Zk 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 i Dp)FQ$ 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)。 x7&B$.>3 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, t ;;U}
RQ'9m^ 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*"WG O5 w!-gJmX>
Bi 3<7 animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms s4y73-J^.v N1}sHyVq7 3. 衍射效率的评估 KE5kOU; 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 *=/ { HvJ {9&;Q|D z
(z{#Eq4 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。 9}!qR|l3nR file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd /tx]5`#@7] Eex~xiiV 4. 结果:衍射级次的重叠 %+W{iu[| 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。 \O3m9,a 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)。 ICx#{q@f, 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。 eCU:Q 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) ifMRryN4 光栅方程: 1QcNp(MO X8a/ `Y,
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od-3"7[ ~*&H$6NJS -8ywO"6 5. 结果:光谱分辨率 C\Wmq
[ ,Bi.1
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!21FR* file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ,F8 Yn5h n`B:;2X, 6. 结果:分辨钠的双波段 <s31W3<v 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 c \J:![x mA}TJz
F3[T.sf TTX5EDCrC 设置的光谱仪可以分辨双波长。 W fN2bsx> j|DsG, file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run E1aHKjLQ *MFIV02[N 7. 总结 O-0x8 O^B 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 c(f 1. 仿真 4<w.8rR:A 以光线追迹对单色仪核校。 t:x\kp 2. 研究 A7Cm5>Y_S 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 e{'BAj 3. 应用 HTv2# 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 D
:4[~A 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 b4%??"&<Y 扩展阅读 64
wv<r]5j 1. 扩展阅读 R3)~?X1n 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Fj 8z q"CVcLi9 开始视频 Gt8M&S-; - 光路图介绍 RtkEGxw*^ - 参数运行介绍 ?um;s-x) - 参数优化介绍 )` Sr fGp8 其他测量系统示例: g>E LGG|Q - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 60^`JVGWH - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002)
7~G9'P< M~Tuj1? x xHY+(m QQ:2987619807 K(e$esLs-
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