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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) WKAG)4  
c>Tf@A og>  
应用示例简述 ,&~-Sq) ~  
f\;w(_  
1.系统说明 jn4|gQ  
=,b6yV+$D  
 光源 F;bkV}^  
— 平面波(单色)用作参考光源 7{Lp/z%r  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 3,'LW}  
 组件 vM'!WVs  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 XJ!?>)N .  
 探测器 Bs `mzA54  
— 功率 K0WX($z~;  
— 视觉评估 o|$r;<o3R  
 建模/设计 0q28Ulv9  
— 光线追迹:初始系统概览 SBy{sbx4&F  
— 几何场追迹+(GFT+): h`dHk]O  
 窄带单色仪系统的仿真 c,^W/:CQAB  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 w@"Zjbs`  
w`DcnQK'  
2.系统说明 :_,a%hb+8  
* >/w,E]  
Yy~xNj5OS  
4.Q[Tu  
3.系统参数 1N_T/I8_F  
^7uXpqQBr  
w\mTug  
e*}*3kw)T  
&q&~&j'[  
4.建模/设计结果 q*Oj5;  
|}2/:f#Iz*  
7H*,HZc@=  
* V7bALY  
总结 a ~YrQI-@  
-X_\3J  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 %"cOX  
1. 仿真  &.(iS  
以光线追迹对单色仪核校。 nuDu  
2. 研究 RH{+8?0  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 dt@~8kS  
3. 应用 !?R#e`}  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 k.7!)jL7  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ?2_h.  
3dz{" hV  
应用示例详细内容 zB`J+r;LU  
系统参数 T+x / J]A  
7Vk9{x$z  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 h oO847  
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。 )3A+Ell`  
bo/<3gR  
'%ByFZ zi  
s$zm)y5  
2. 系统参数 rg ; 4INs#  
Z t4q= Lr  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 MLlvsa0  
e$teh` p3  
33KCO  
!VaC=I^{  
3. 说明:平面波(参考) JhjH_)  
C:t?HLY)fG  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 H5#]MOAP  
tK@7t0  
RT3(utwO  
(&87 zk  
4. 说明:双线钠灯光源 ; wxmSX9  
r*8a!jm?  
; w+  
 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。 bI3GI:hp  
 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)。 R!%HQA1U  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 k q]E@tE*3  
]'7Au]Us`  
5~Ek_B  
00'SceL=`  
5. 说明:抛物反射镜 IA&V?{OE@I  
/P-#y@I  
ES!e/l  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ]'?Ue7  
 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.\r7  
cl1ygpf(  
C-)d@LWI  
,\X ! :y~  
Aqmw#X  
-9 .lFuI  
6. 说明:闪耀光栅 <"6\\#}VG  
m&b1H9ymd  
<,0/BMz  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 wdf;LM  
 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 fVgN8b|&'  
]cv|dc=  
F-b]>3r  
k0N>J8y  
QcX\z\'vg  
qy.$5-e:[9  
7. Czerny-Turner 测量原理 V=5S=7 Z:  
SPRTJdaC9  
通过光栅倾斜角的变化,入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 iPV-w_HQ  
KAD2_@l  
4eB oR%2o  
rQlQ^W$=?  
9xj }<WM  
8. 光栅衍射效率 4h_YVG]ur  
9B;WjXSe  
P qC#[0Qy  
 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。 ?;htK_E\*  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 R4VX*qkB  
 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) sbX7VfAR`  
IDJ2epW*;  
Ipq0 1 +  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 0{%@"Fb0O  
Al6%RFt  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 _b/zBFa%  
yQ[;.<%v  
vV$t`PEY  
8x)i{>#i  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 b/qK/O8J  
?D2a"a$^  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ~GX ]K H  
Yq51+\d  
+D4m@O  
QD{1?aY  
 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)。 a%U#PF6   
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 'h0>]A 2|X  
l,]%D  
应用示例详细内容 1U.X[}e  
]S]W|m7=.Z  
仿真&结果 Ssz;d&93  
xg7KU&  
1. 结果:利用光线追迹分析 41d+z>a]  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 <yX  u!  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 8@LWg d  
ps:`rVQ7  
et~D9='E  
,aUbB8  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd f42F@M(:  
r ~UDK]?V  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 ogQfzk  
 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)。 :x[()J~N  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, &dWGa+e  
*_YR*e0^nN  
 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。 )P b$  
hZ>m:es  
*A8*FX>\F  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Spx%`O<  
{_*G"A 9  
3. 衍射效率的评估 0\Jeyb2dl  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 i~v[3e9y7  
,9jk<)m]L  
X[tB^`  
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。 {D",ao   
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd R\&z3<-S  
U7jDm>I  
4. 结果:衍射级次的重叠 L>1y[ Q  
 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。 z8"1*V  
 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)。 ^?(#%~NS  
 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。 wE=I3E%  
 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) [sk n9$  
 光栅方程: Zqe$S +u  
u&S0  
8'zl\:@N  
/ivVqOo  
fUY05OMZ  
5. 结果:光谱分辨率 H c>yZ:c;  
r0[<[jEh  
tKe-Dk9  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run L"dN $ A  
T{^mh(3/"  
6. 结果:分辨钠的双波段 9Xa.%vw>  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 `S-l.zSZ4B  
   Z&iW1  
Ut'T!RD  
Hik=(pTu>  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ~XWBLU<  
r_Ou\|jU  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run qyVARy  
)7+z/y+[n  
7. 总结 2(~Zl\  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 5RWqHPw+  
1. 仿真 -R]~kGa6m<  
以光线追迹对单色仪核校。 H? z~V-8  
2. 研究 FCwE/ 2,  
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。 ']\SX*z?  
3. 应用 acke q#  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Z}vDP^rf  
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。 d(V4;8a0  
扩展阅读 QP50.P5g  
1. 扩展阅读 F Xr\  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 (j@c946z""  
=$y J66e  
 开始视频 Vrlqje_Q  
- 光路图介绍 }vY^e OK.  
- 参数运行介绍 z(%tu  
- 参数优化介绍 Btzes.  
 其他测量系统示例: ZD|F"v.  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) |X XO0  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) rloxM~7!,)  
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