| infotek | 2021-11-16 09:06 |
Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真 应用示例简述 1.系统说明 光源 — 平面波(单色)用作参考光源 — 钠灯(具有钠的双重特性) 组件 — 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 探测器 — 功率 — 视觉评估 建模/设计 — 光线追迹：初始系统概览 — 几何场追迹+(GFT+)： 窄带单色仪系统的仿真 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 2.系统说明  3.系统参数  4.建模/设计结果  总结 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 1. 仿真 以光线追迹对单色仪核校。 2. 研究 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。 3. 应用 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 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。 应用示例详细内容 系统参数 1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 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。  2. 系统参数 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。  3. 说明：平面波(参考) 采用单色平面光源用于计算和测试。  4. 说明：双线钠灯光源 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。 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)。 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。  5. 说明：抛物反射镜 利用抛物面反射镜以避免球差。 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。   6. 说明：闪耀光栅 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 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   7. Czerny-Turner 测量原理 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. 光栅衍射效率 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。 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 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)  file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 9. Czerny-Turner系统的光路图设置  由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 10. Czerny-Turner 系统的3D视图  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)。 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 应用示例详细内容 仿真&结果 1. 结果：利用光线追迹分析 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。  file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 2. 结果：通过虚拟屏的扫描 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)。 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度，  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。  animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 3. 衍射效率的评估 为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。  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。 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 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。 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)。 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。 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) 光栅方程：  5. 结果：光谱分辨率  file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 6. 结果：分辨钠的双波段 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。  设置的光谱仪可以分辨双波长。 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 7. 总结 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 1. 仿真 以光线追迹对单色仪核校。 2. 研究 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。 3. 应用 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 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。 扩展阅读 1. 扩展阅读 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 开始视频 - 光路图介绍 - 参数运行介绍 - 参数优化介绍 其他测量系统示例： - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002)  |
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