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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) V?V)&y] 4 *ez~~ Y 应用示例简述 9Bvn>+_K \
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WQ 1.系统说明 &B7+>Ix, k#:@fH4{PA 光源 b}*@=X=4o — 平面波(单色)用作参考光源 Y=Ar3O*F — 钠灯(具有钠的双重特性) zmfRZ!Eh 组件 I%Po/+|+ — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 v6DxxE2n 探测器 pT;-1c%: — 功率 k1Mxsd — 视觉评估 ~iR!3+yg4 建模/设计 )av'u.]%c — 光线追迹:初始系统概览 NZ+?Ydr8k — 几何场追迹+(GFT+): 73s3-DS, 窄带单色仪系统的仿真 -2jBs-z 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Zc\h15+P 7~l 2.系统说明 Yx}"> ;\ $7gB&T.x
hzuMTKH9 >upXt? 3.系统参数 77&^$JpM &(uF&-PwO4
xlPcg7 vrm{Ql& =y-!k)t 4.建模/设计结果 &b@!DAwAJ qvfAG 0p
Ubw!/|mi {?>bblw/d 总结 $YGIN7_Gg 2) /k`Na 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 5nxS+`Pn.) 1. 仿真 F3Ak'h{Ay 以光线追迹对单色仪核校。
IB.'4B7 2. 研究 XC/]u%n8]( 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 )*TW\v`B 3. 应用 #-gGsj;F 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 =S[FJaIu7 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 i^s`6:rNu S`2mtg 应用示例详细内容 vA"`0 系统参数 w[,?-Xm :9x084ESR) 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 FG;<`4mY Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 =N@)CB7a r_V2 J{B
sx-Hw4.a" A}#]g>L 2. 系统参数 )S wG+k, K5)yM @cq 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 ,2
g M- m_E[bDON
DQ n`@ fZw9zqg 3. 说明:平面波(参考) B.Zm$JZ: iBtjd`V* 采用单色平面光源用于计算和测试。 tkdBlG]! sx[&4 k[
rt 3f7 s* wzDk{4U 4. 说明:双线钠灯光源 20.-;jK _Ra<|NVQh y} $P, 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 x:A-p..e 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 Uxk[O 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 &sZ9$s:(^ OD?y
eC+"mhB EI=Naq 5. 说明:抛物反射镜 tL={ y* 't0+:o">: s.R-<Y3 利用抛物面反射镜以避免球差。 >op:0on]} 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。 z_:eM7]jv wDT>">&d
LC,*H0 4GU/V\e|
"wnpiB} 2qs>Bshf 6. 说明:闪耀光栅 =9qGEkd3 E[|s>Xv~ :mXGIRi 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 [K cki+ 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 "*++55 T~i%j@Q.6
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heE}_,$| !US8aT 7. Czerny-Turner 测量原理 >lD;0EN &a%WM 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。 /9x{^ \H Wcd|
IVI~1~ up\oWR: !_CX2| 8. 光栅衍射效率 [>W"R1/ lLb:f6N ,?l~rc 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。 r\$6'+Si 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 "w}-?:# j 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) +h0PR? 9R9__w;
0HGl f
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd S~KS9E~\ j$3rJA%rN 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 FJP< bREQ D
Irgq|8
KcC!N{ c_
La^HS 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 K(<$. :.*HQt9N 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 O^5UB~ q@(1Yivk
6cJ<9i
& Vclr)}5 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)。 3sH\1)Zz 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 |xn#\epy@ 'It?wB W 应用示例详细内容 i+g~ Uj}h ]eE 1n2 仿真&结果 '"y}#h__T M\Se_ 1. 结果:利用光线追迹分析 ;HDZ+B 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ebqg"tPN{ 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 MDJc[am 11@]d]v ,
>c<pDNt? i[\w%(83Fi file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd yL6^\x `ncNEHh7K 2. 结果:通过虚拟屏的扫描
2nv[1@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)。 1BJ<m5/1% 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, av-#)E
@5xu>g Kn 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。 YTK^ijmU6x (89Ji'dc
ow$q7uf animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms \R(R9cry \<~}o I 3. 衍射效率的评估 H3, ut 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 8V9[a*9 [#Y' dFQ
jNA1O68N 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 =. *98 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd re^Hc(8M )tS-.P rA- 4. 结果:衍射级次的重叠 ]dSK
wxk 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 ?s?$d&h 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)。 Tk*w3c"$ 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。 UZGDdP 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) @Y}uZ'jt' 光栅方程: 24ux |t))u`~
7\ypW $Ot a8pY[)^c 87V1#U ^ 5. 结果:光谱分辨率 Pao%pA.< &fwS{n;U
& ze>X file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run + H_MV=A^ `S3>3 6. 结果:分辨钠的双波段 e4`uVq5 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Zp&@h-%YoD (gwj)?:
WA6!+Gy fuUm}N7 设置的光谱仪可以分辨双波长。 \L # INP4~ G_ >G'2 file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run AQss4[\Dx DWU`\9xA* 7. 总结 krB'9r<wa` 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ,+`HQdq 1. 仿真 kM/Te{< 以光线追迹对单色仪核校。 [8XLK 4e 2. 研究 8z2Rry
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。 El-
? % 3. 应用 n6MM5h/#r 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 P[ r];e 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。 X^@I]. 扩展阅读 nV*y`.+ 1. 扩展阅读 O(z}H}Fv 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 I.'b'-^ l|/LQ/ 开始视频 ]m4OIst - 光路图介绍 "*z_O - 参数运行介绍 .8WXC
- 参数优化介绍 <7_KeOLJ 其他测量系统示例: 8RW&r - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) "TcW4U9 - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) <#M`5X.
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