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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) WKAG)4 c>Tf@Aog> 应用示例简述 ,&~-Sq)~ f\;w(_ 1.系统说明 jn4|gQ =,b6yV+$D 光源 F;bkV}^ — 平面波(单色)用作参考光源 7{Lp/z%r — 钠灯(具有钠的双重特性) 3,'LW} 组件 v M'!WVs — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 XJ!?>)N . 探测器 Bs`mzA54 — 功率 K0W X($z~; — 视觉评估 o|$r;<o3R 建模/设计 0q28Ulv9 — 光线追迹:初始系统概览 SBy{sbx4&F — 几何场追迹+(GFT+): h`dHk]O 窄带单色仪系统的仿真 c,^W/:CQAB 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 w@"Zjbs` w`DcnQK' 2.系统说明 :_,a%hb+8 *>/w,E]
Yy~xNj5OS 4.Q[Tu 3.系统参数 1N_T/I8_F ^7uXpqQBr
w\mT ug e*}*3kw)T &q&~&j'[ 4.建模/设计结果 q*Oj5; |}2/:f#Iz*
7H*,HZc@= *
V7bALY 总结 a ~YrQI-@ -X_\3J 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 %"cOX 1. 仿真 &.(iS 以光线追迹对单色仪核校。 nuDu 2. 研究 RH{+8?0 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 dt@~8kS 3. 应用 !?R#e`} 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 k.7!)jL7 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ?2_h. 3dz{"hV 应用示例详细内容 zB`J+r;LU 系统参数 T+x
/J]A 7Vk9{x$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
'%ByFZzi s$zm)y5 2. 系统参数 rg;4INs# Z
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Lr 元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 MLlvsa0 e$teh`
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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 f 42F@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 Hc>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 ackeq# 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^eOK. - 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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