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2024-11-21 07:52 |
Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真
测量系统(MSY.0003 v1.1) \:>
Wpqw s] /tYJYl 应用示例简述 0?WcoPU -/]W+[ 1.系统说明 W)(^m},*8D +!f=jg06 光源 M5T9JWbN — 平面波(单色)用作参考光源 mj?16\|] — 钠灯(具有钠的双重特性) 8 i&_Jgmr 组件 yGg,$WM — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 DoC(Z)o 探测器 PL{Q!QJK' — 功率 _WX#a|4h{ — 视觉评估 UZ8?[ 建模/设计 0iCPi)B — 光线追迹:初始系统概览 ( *G\g=D — 几何场追迹+(GFT+): q.Nweu!jQ 窄带单色仪系统的仿真 ?Z\Yu' 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 reo{*)% co_oMc 2.系统说明 W~_t~Vg5 = sAn,ri
D .vw8H3 [nxE)D 3.系统参数 )a}"^1 :hGPTf
~-a'v! W:i?t8y\y u6:pV.p 4.建模/设计结果 Qy#)Gxp K}[>T(0E
pIWI UDf9FnG}L 总结 KlK`;cr? _DRrznaw 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 F#xa`*AP 1. 仿真 VcK}2<8:+~ 以光线追迹对单色仪核校。 g%[n4 2. 研究
4eVI}, 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 0;,IKXK6X 3. 应用 SFH-^ly&D 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 #G9 adK5 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 v;{{ y- ^"8G`B$r 应用示例详细内容 df+t:a 系统参数 &PcyKpyd ujW1+Oj=~ 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 9ykM3 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。 lC97_T *cWmS\h|
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y-jL 2. 系统参数 Kr L>FI Dj-s5pAW 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。 m9M
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jdevat,&u <<MjC5 3. 说明:平面波(参考) T0j2a&Pv B68H&h]D#' 采用单色平面光源用于计算和测试。 $ &5w\P 4yMW^:@
>=ot8%.!,B 5IVksg 4. 说明:双线钠灯光源 t$^l<ppQ Q/_[--0 (k-YI{D3 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 j{#Wn
!, 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 crA:I"I 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 ,S[K{y< h
-_&MD/J
a7H0!9^h OQ_stE2i 5. 说明:抛物反射镜 [nN7qG 5''*UFIF1 B_3QQtjAl 利用抛物面反射镜以避免球差。 w=r&?{ 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 ZIxRyo-i WbjF]b\
A,i()R'I ^.X [)U
!MZw#=D` bk#xiuwT 6. 说明:闪耀光栅 \Z5+$Ij Xer@A;c s(@h 2:j 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 #Olg(:\ 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 +KK$0pL C77D{@SM
vM0_>1nN dK?);*w]
Q/_#k/R }#9(Mul 7. Czerny-Turner 测量原理 K\=8eg93Z vX1uR]A[ 通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 QrjDF> OS7RQw1
vx 0UoKX vd~U@-C=R Jgx8-\8 8. 光栅衍射效率 P15:,9D Vb6K:ZnF tbj=~xYf VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 ^KHLBSc: 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 VZxTx0: , 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) u]vPy
ria to3?$-L
9 pKm*n& file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd #a}N"*P 2ChWe}f 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 lJ/6-dP l:e9y $_)
K^D82tP 7c1+t_ Ew 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 >[K?fJ$+ 0<P(M: a 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 P.4E{.)( W7e4pR?w
jPwef##~7 EZAm)5:]A 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)。 )mD\d|7f 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 nk08>veG i&F~=Q` 应用示例详细内容 Cg6;I.K qpgU8f 仿真&结果 ya>N.h !A-;NGxE 1. 结果:利用光线追迹分析 0/A-#'> 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ./iXyta 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 6o
lV+ q6)N*?
Q;gQfr"c7 ' o=E!? file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Z[;#|$J wiV&xl 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 yV_
L/,6}D 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 '5WN,Vy8. 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, HWbBChDF
%F3}/2 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 u[[/w&UV., |>JmS
WB;J1TpM7 animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms sA2o2~AmM }9}w8R~E 3. 衍射效率的评估 lm &^tjx 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 o[{&!t J[+Tj@n'
n2;(1qr 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 g^n;IE$B file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd P%jkKE?B4 yA0Y
14\* 4. 结果:衍射级次的重叠 W:>J864! 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。 `vH&K{ 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)。 cUVTRWV 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。 Xa*?<(^` 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) bXm:]? 光栅方程: G4);/# y3AL)
<[FS%2,0mb o@@_J@}# -g$OOJB6 5. 结果:光谱分辨率 PIpWa$b j Q^Yj"6
`x< 0A file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run e
mC\i @|]iSD&T
# 6. 结果:分辨钠的双波段 h+
TB] 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 |WUA1g a(g$ d2H
_32/WQF6 "1CGO@AXS 设置的光谱仪可以分辨双波长。 P69>gBZYD /o'oF file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run JN)"2}SE iPNd!_ 7. 总结 =X<)5IS3 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 M Yu?&}%^ 1. 仿真 6O]Xhe0d@ 以光线追迹对单色仪核校。 AV9:O{ 2. 研究 ?Ip$;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。 Z!k5"\{0pE 3. 应用 AwA1&mh 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ?<g|.HY/ 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) ds 扩展阅读 7kOE/>P? 1. 扩展阅读 ?F!W# 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 1.uUMW
I"~xDa! 开始视频 EGr|BLl - 光路图介绍 0>8ZN!@K - 参数运行介绍 yr (g~MQ - 参数优化介绍 ,WzG.3^m 其他测量系统示例: ]kzv8# - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 77 *v-8c - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) B?!9W@
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