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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) Ey$J.qw3 12*'rU;* 应用示例简述 ?b0 VB @Iz vObK 1.系统说明 *hVW>{a jN:!V t 光源 |:SBkM, — 平面波(单色)用作参考光源 JPQ[JD^] — 钠灯(具有钠的双重特性) <o^_il$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 HDUtLUd 建模/设计 s7IaU|m — 光线追迹:初始系统概览 "ZDc$v:Qa — 几何场追迹+(GFT+): L;=:OX0 窄带单色仪系统的仿真 {dV#"+ 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 c#M'Mye t>QAM6[ 2.系统说明 6'UtB !gr h4x*C=?A
60P^aj$V YB/A0 J 3.系统参数 OJn g
((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 Xxcv5.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 TB9{e!4
|r5 n p 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"
xtWQ. Oz(0$c sy`@q<h( 8. 光栅衍射效率 o?(({HH Z .6M~ 5/Viz`hsz VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 A\p'\@f 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 ,:POo^!/fT 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) )90 Q .CGPG,\2
;8\w$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
*R1m= 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。 #MkXio; 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$^v*16 仿真&结果 FW* k O LsaE-l 1. 结果:利用光线追迹分析 }-YM>q 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ;
kPx@C
对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 %N5gQXg 4<%(Y-_sF
C\"nlNKw "#zSk=52z file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd A^lJlr:_` 9C&Xs nk 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 wUb5[m 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 A|jmp~@K)+ 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, t&scvXh
s<3cvF< 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 sBUK v(U) fny|^F]w
Y9V%eFY5E animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms K"Vo'9R[_ G<1)NT\u 3. 衍射效率的评估 ',Y`XP"Q 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 Pw c)u&
9$ GAs
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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