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infotek 2024-11-21 07:52

Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真

测量系统(MSY.0003 v1.1) Ey$J.qw3  
12*'rU;*  
应用示例简述 ?b0VB  
@Iz vObK  
1.系统说明 *hVW >{a  
jN:!V t  
 光源 |:SBkM,  
— 平面波(单色)用作参考光源 JPQ[JD^]  
— 钠灯(具有钠的双重特性) <o^_il$W  
 组件 .%7#o  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 GwHMXtj4  
 探测器 woJO0hHR  
— 功率 3A%/H`  
— 视觉评估 HDU tLU d  
 建模/设计 s7 IaU|m  
— 光线追迹:初始系统概览 "ZDc$v:Qa  
— 几何场追迹+(GFT+): L;=:OX 0  
 窄带单色仪系统的仿真 {dV#"+  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 c#M 'Mye  
t>QAM6[  
2.系统说明 6'UtB!gr  
h4x*C=?A  
60P^aj$V  
YB/A0J  
3.系统参数 OJ ng  
((wG K|d  
8Czy<}S<G  
@e#eAJhU  
e0%?;w-TL  
4.建模/设计结果 vh3Xd\N  
/w0l7N  
<Y9vc:S  
)=TD}Xb  
总结 @BWroNg{  
qepsR/0M  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 +v:t  
1. 仿真 Xxcv 5.ug  
以光线追迹对单色仪核校。 n.]K"$230  
2. 研究 `T2RaWR4=  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ab8uY.j  
3. 应用 2bBTd@m4  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 R,CFU l7Q  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 WmTSxneo  
dxbP'2~  
应用示例详细内容 es@_6ol.@  
系统参数 XYIZ^_My  
hko0 ?z  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 >=-w2&  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 MVU5+wX  
[=079UN-X  
1a4HThDXP  
~Emeo&X  
2. 系统参数 Reca5r1O  
,<*n>W4|  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 #?.Yc%5B  
GFasGHAw  
/gT$d2{  
)O~LXK=b  
3. 说明:平面波(参考) (y%}].[bB  
p@]\ N  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 z?`&HU Nf  
TB 9{e!4  
|r5 np  
uTGd{w@]0|  
4. 说明:双线钠灯光源 }yZ9pTB.?E  
BYt#aqf  
T6MlKcw,t  
 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。 '&,$"QXwE  
 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)。 [YG\a5QK  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 $}&Y$w>S  
1 zIFQ@  
'EoJo9p6}  
WGFp<R  
5. 说明:抛物反射镜 =?>f[J5  
^6s<  
9,\b$?9  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ei)ljvvmHP  
 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。 v'uWmL7C  
hN*,]Z{  
Xdj` $/RI  
P F#+G;q;  
n{JBC%^g  
x!GHUz*:uz  
6. 说明:闪耀光栅 o-\ K]  
.&dW?HS  
xo2PxUO  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 !'uL  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 eS(\E0%QI  
gV@FT|j!i  
 ZaJg$  
^6j: lL  
0zfh:O  
p>Dv&fX  
7. Czerny-Turner 测量原理 3Ob"R%Yo  
P6'Oe|+'  
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。 _7es_w}R  
QcJ?1GwA"  
xtW Q.  
Oz(0$c  
sy`@q<h(  
8. 光栅衍射效率 o?(({HH  
Z.6M~  
5/Viz`hsz  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 A\p'\@f  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ,:POo^!/fT  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) )90Q  
.CGPG,\2  
;8\w$SPP  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd o1C1F}gxU  
ZXV_Dc   
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 2F9Gx;}t5=  
-|;{/ s5  
 *R1 m=  
SQ%B"1&$D  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 #M kXio; h  
MH@=Qqx#=t  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 l~P%mVC3m  
\]RPxM:_>  
02B *cz_K  
Wno{&I63  
 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)。 kI7c22OJ  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 jb;!"HC  
8R?X$=$]!.  
应用示例详细内容 BfZAK0+*$  
}e$^v*16  
仿真&结果 FW* k O  
LsaE-l  
1. 结果:利用光线追迹分析 }-YM>q  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ; kPx@C   
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 %N5gQXg  
4<%(Y-_sF  
C \"nlNKw  
"#zSk=52z  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd A^lJlr:_`  
9C&Xs nk  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 wUb5[m  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 A|jmp~@K)+  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, t &scvXh  
s<3cvF<  
 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 sBUK v(U)  
fny|^F]w  
Y9V%eFY5E  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms K"Vo'9R[_  
G<1)N T\u  
3. 衍射效率的评估 ',Y`XP"Q  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 Pw c)u&  
9$ GA s  
wJ.?u]f@  
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。 \Af25Mcf:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd +yC]f b  
e !V3/*F  
4. 结果:衍射级次的重叠 >O0z+tj  
 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。 @4sEHk 3  
 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)。 =AaTn::e/  
 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~Gwaul>  
 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) * AsILK0  
 光栅方程: *[XVkt`H  
Buxn!s  
0 0JH*I  
NT(gXEZ  
}jL_/gvgy  
5. 结果:光谱分辨率 `Uz2(zqS  
-@*[   
d}d1]@Y\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run dP[vXhc  
1#nR$  
6. 结果:分辨钠的双波段 IZ9L ;"}  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 }G{'Rb  
   o`tOnwt  
7E0L-E=.  
%P3|#0yg0  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 4k$i:st;  
whH_<@!  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run "6^~-` O  
i sK_t*  
7. 总结 /Kw}R5l  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 B7'rbc'  
1. 仿真 %R?B=W7 ;Q  
以光线追迹对单色仪核校。 x6n(BMr  
2. 研究 nky%Eb[\  
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。 XIep3l*  
3. 应用 6 b/UFO  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 v d{`*|x  
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。 hq[:U?!Tt  
扩展阅读 @%FLT6MY  
1. 扩展阅读 \r.{Ru  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 YGdzA]3>  
1\t#*N  
 开始视频 A'zXbp:%  
- 光路图介绍  }q$6^y  
- 参数运行介绍 7O.?I# 76  
- 参数优化介绍 o$4i{BL  
 其他测量系统示例: )2pOCAjL2  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) . X:  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) G5l?c@o  
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