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infotek 2021-11-16 09:06

Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真

测量系统(MSY.0003 v1.1) :6lwO%=F  
TsHF tj9S  
应用示例简述 DMd ,8W7a  
q (>c`5  
1.系统说明 P+Z\3re  
/\J|Uj  
 光源 <'&F;5F3V  
— 平面波(单色)用作参考光源 -e ml  
— 钠灯(具有钠的双重特性) #hJQbv=B"  
 组件 Au5rR>W  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 @B`Md3$7  
 探测器 I4D<WoU;dJ  
— 功率 1b3(  
— 视觉评估 c!Dc8=nE0m  
 建模/设计 4x,hj  
— 光线追迹:初始系统概览 q4ipumy*  
— 几何场追迹+(GFT+): XoItV  
 窄带单色仪系统的仿真 aFY u}kl  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 _]|Qec)  
=_PvrB2'  
2.系统说明 PAZ$_eSK6  
S&?7K-F>_o  
|0 !I5|<k  
v <Hb-~  
3.系统参数 KDey(DN:  
f=`33m5  
o| D^`Z  
6>DLp}d  
Bo r7]#  
4.建模/设计结果 'RTtE  
ZHkw6@|  
, 2`~ NPb  
sLns3&n2  
总结 JsQ6l%9  
6 h'&6  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Fr5 Xp  
1. 仿真 "!L kp2\  
以光线追迹对单色仪核校。 YaL]>.;Z:"  
2. 研究 c tI{^f:  
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。 GGnp Pp  
3. 应用 `.^ |]|u  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 z%:&#1)  
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。 &[j]Bp?  
+K{LQsR]  
应用示例详细内容 8eyl,W=dn  
系统参数 9B/1*+ M  
'M/ ([|@  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 z"379b7cN  
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。 p2d\ZgWD=)  
9lspo~M  
6E^~n  
tu}>:mk  
2. 系统参数 U<bYFuS"  
3M<!?%v\A  
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。 W3JF5*  
0=![fjm  
97LpY_sU  
^oeJKjJ  
3. 说明:平面波(参考) =~|:t&v=c  
3f&|h^\nD  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 44-r\>  
|4C^$  
va,~w(G  
"s_Z&  
4. 说明:双线钠灯光源 u%2KwRQ  
mEDpKWBk  
MR;X&Up6!  
 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。 NQLiWz-q  
 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))^vUt~  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 Jqfm@Y  
]P1YHw9  
oNYZIk:  
o4Q3<T7nI  
5. 说明:抛物反射镜 r@$ w*%  
K=\&+at1  
?<~WO?  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 m#H_*L0  
 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 _F!_  
Pil;/t)"  
tXq)nfGe{  
rt!r2dq"  
m<@z}%v-  
/A07s[L  
6. 说明:闪耀光栅 RKuqx:U  
];FtS>\x  
M_1;$fWq  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 , =y#m- 9  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 PK:2xN:=  
^v :Zo  
IeTdN_8  
I=rwsL  
jP=Hf=:$  
nhH;?D3  
7. Czerny-Turner 测量原理 9&  
+5X DF  
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。 a!,r46>$H  
p/olCmHD)  
8<dOMp;}r  
8r:M*25  
R7_VXvm>z  
8. 光栅衍射效率 dULS^i@@  
vg\/DbI'  
5:_hP{ @  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 8Y{s;U0n  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 mTf<  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) PCE4W^ns  
J;QUPpH Z  
K+d2m9C=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Qvqqvk_tv  
T|){<  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 xeA#u J  
"(TkJbwC[  
;Yts\4BSM  
X0$@Ik  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 D"l+iVbBP  
7@;">`zvm  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 <~"lie1  
}31Z X  
y8 E}2/  
qx)?buAij  
 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)。 :td ~g;w  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 LN^f1/ b*  
]r/^9XaqtA  
应用示例详细内容 wpo1  
?6N3tk-2  
仿真&结果 rT6?!$"%.  
U@-2Q=  
1. 结果:利用光线追迹分析 }DjYGMrTB  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 a. %LHb  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 cxyM\@QB3  
0kDBE3i#  
raUs%Y3  
R[Fn0fnLx  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd gNj7@bX~  
o(G"k  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 gK1g]Tc@G  
 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)。 uO(w1Q"^  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, SreYJT%  
VLvS$0(}Z  
 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。 _GA$6#]  
k&6I f0i  
"8<K'zeS8  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms SaDA`JmO  
UT]?;o"  
3. 衍射效率的评估 QwWW! 8  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 ~(X(&  
uofr8oL~  
E`;;&V q-  
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。 [~mGsXV  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd fg*@<'  
%JL]; 4'  
4. 结果:衍射级次的重叠 `: |@Zln  
 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。 jgu*Y{ocm  
 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)。 k4\UK#ODe  
 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。 L ^J- ("e_  
 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) dF@)M  
 光栅方程: ;y>a nE}n{  
^ 4>k%d  
;`j/D@H  
1TN}GsAj  
?UZ?NY  
5. 结果:光谱分辨率 vZAv_8S)  
&X>7n~@0  
qRB7Ec_  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run VD7i52xS  
xTV{^=\rS  
6. 结果:分辨钠的双波段 &Z^(y}jPr  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 fw-\|fP  
   :}}%#/nd  
7}o/:  
l?qqqB  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 k5BXirB  
~}9PuYaD@  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run @cvP0A  
kBWrqZ6  
7. 总结 7(k^a)~PL  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 W<b-r^9?s  
1. 仿真 S33j?+ Vs  
以光线追迹对单色仪核校。 3{7T4p.G  
2. 研究 oF:v JDSS  
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。 /pH(WHT+/H  
3. 应用 -apXI.  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ;iQEkn2T|}  
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。 9(_{`2R8  
扩展阅读 _S?qDG{E|  
1. 扩展阅读 vDj;>VE2b  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 @_ygnNn4R  
) ]6h y9<  
 开始视频 ,XKCz ]8V  
- 光路图介绍 !7p}C-RZp  
- 参数运行介绍 -yH,5vD  
- 参数优化介绍  1jCo  
 其他测量系统示例: s4LO&STh{  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 47By`Jh71  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) pHE}ytcT  
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