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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) )y W_O:  
U_'q-*W  
应用示例简述 Z!reX6  
--`LP[ll  
1.系统说明 &o@5%Rz2/  
i(;-n_:, `  
 光源 >;v0zE  
— 平面波(单色)用作参考光源 HDyZzjgG  
— 钠灯(具有钠的双重特性) "v!HKnDT  
 组件 gc3 U/ jM  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 ~q(C j"7  
 探测器 [9om"'  
— 功率 ZHlin#"  
— 视觉评估 i%PHYSJ.  
 建模/设计  /kU@S  
— 光线追迹:初始系统概览 Y&f[2+?2NK  
— 几何场追迹+(GFT+): &6=ZT:.6Te  
 窄带单色仪系统的仿真 YwWTv  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 K)UOx#xe1  
&W+G{W{3  
2.系统说明 Ko|xEz=  
ptyDv  
|~LjH|*M  
1r& ?J.z25  
3.系统参数 X]MM7hMuR  
}|"*"kxi!  
\w[ZY$/  
X1[R*a/p  
TL{pc=eBo  
4.建模/设计结果 1=5'R/k  
dzNaow*0&V  
Z?v6pjZ?  
A|_%'8  
总结 ; 9&.QR(  
-sH.yAvC6  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 OGi4m |  
1. 仿真 .Xz"NyW  
以光线追迹对单色仪核校。 i -s?"Fk  
2. 研究 >\x_"oR  
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。 >wk=`&+V@  
3. 应用 wQrPS  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Xa%&.&V  
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。 5YG@[ic  
VueQP|   
应用示例详细内容 \3(| c#c  
系统参数 hPi :31-0  
$17 v,  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 X1V}%@3:  
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。 (VI* c!N  
i 2} =/  
^@LhUs>3  
h-+a;![  
2. 系统参数 9c5G6n0  
,-I F++q  
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。 tTh;.88Z{  
;/^]|  
3G/ mB  
lp0T\ %  
3. 说明:平面波(参考) OG?j6q hpl  
-f;j1bQ  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 vb.Y8[  
)>X|o$2  
`ToRkk&&>{  
a. `JS  
4. 说明:双线钠灯光源 ZJI1NCBZ  
G5nj,$F+  
>5~Zr$  
 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。 V=zM5MH2  
 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)。 vz #wP  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 OxHw1k  
q~' K9  
seqF84Xd<  
L3=YlX`UL  
5. 说明:抛物反射镜 mLk6!&zN  
hzuMTKH9  
7MuK/q.  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 vPl6Das r  
 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。 p`<e~[]a  
sg6w7fp>  
vrm{Ql&  
N}x/&e  
&b@!DAwAJ  
! N"L`RWD  
6. 说明:闪耀光栅 @a.6?.<L  
X v7U<q  
hNq8 uyKx  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 $kD`$L@U  
 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 L4/TI(MP  
ox\B3U%`p}  
& L.PU@  
S `m- 5  
X@h^T> ["  
&t*8oNwSs  
7. Czerny-Turner 测量原理 v1"g!%U6  
l`M5'r]l  
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。 =FD`A#\C~  
w[,?- Xm  
:9x084ESR)  
FG;<`4mY  
=N@)CB7a  
8. 光栅衍射效率 r_V2 J{B  
8%2rgA  
A}#]g>L  
 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。 p'%: M  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 SN[L4}{  
 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) 1 ~B<  
kuTq8p2E  
/50g3?X,  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd _86*.3fQG  
rKy-u  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 V'Z&>6Z  
I4o =6ts  
#A|D\IhF  
iBtjd`V*  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 tkdBlG]!  
1o;g1Z/  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 A'~%_}  
Mg a@JA"  
:Er^"9'A2  
d Y:|Ef|v(  
 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)。 nI`f_sp  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 !e:iB7<  
&sZ9$s:(^  
应用示例详细内容 H4 }%;m%  
 O ':0V  
仿真&结果 R%Ui6dCLo  
;LQ# *NjL\  
1. 结果:利用光线追迹分析 JGk3 b=K  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 _4.]A 3;}  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 |2 YubAIZ(  
F}6DB*  
c%AFo]H  
cQ3W;F8|n  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ;0w^ud  
W.#}q K" q  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 T}L^CU0  
 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)。 E-yT  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, z.2r@Psk  
%1-K);S J  
 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。 b)on A|  
kf%&d}2to  
(~j,mk  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms y*VQ]aJ  
DU5:+" u3  
3. 衍射效率的评估 ~ON1Zw[+  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 e/"yGQu  
8)^B32  
\)OZUch  
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。 Q0zW ]a  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd =jg#fdM -  
jd%Len&p  
4. 结果:衍射级次的重叠 ./'~];&  
 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。  0dgP  
 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)。 kz ZDtI)  
 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。 KQG-2oW  
 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) O1GDugZ  
 光栅方程: K0w<[CO  
q,[k7&HS  
o&(wg(Rv  
:J^qjAV  
L'zE<3O'3  
5. 结果:光谱分辨率 &49u5&TiP  
yXJ]U \ %  
si_W:mLF{a  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 0U$:>bQ  
QBy{| sQ`  
6. 结果:分辨钠的双波段 /b{o3, #.M  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 PG{i,xq_B{  
   y }\r#"Z`  
`NBbTQtgO  
95=g Y  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ;{|X,;s  
Zy^=fM  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 9<yAQ?7 L  
I*EJHBsQ5  
7. 总结 5L8&/EN9-  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 8wr8:( Y$  
1. 仿真 3sH\1)Zz  
以光线追迹对单色仪核校。 |xn#\epy@  
2. 研究 'It?wB W  
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。 i+g~ Uj}h  
3. 应用 ]eE 1n2  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 <OTWT`G2  
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。 B$rTwR"(-  
扩展阅读 +a%xyD:.?  
1. 扩展阅读 MDJc[am  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ; e@gO  
8p&kLo&  
 开始视频 089 k.WG  
- 光路图介绍 LheFQ A  
- 参数运行介绍 dL-i)F  
- 参数优化介绍 $B\ H  
 其他测量系统示例: tJNIr5o  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 2-~|Z=eGW  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) [)^mBVht  
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