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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) e1P7
.n} kZ[mM'u# 应用示例简述 (6k>FSpg I,j3bC 1.系统说明 3w'W~ ~zyQ(' 光源 pUL sGb — 平面波(单色)用作参考光源 u(hC^T1 — 钠灯(具有钠的双重特性) 6V;:+"BkJ 组件 },PBqWe — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 T
% / 探测器 M=%!IT — 功率 ragSy8M — 视觉评估 F=i!d,S 建模/设计 7) 0q--B — 光线追迹:初始系统概览 F5IZ"Itu( — 几何场追迹+(GFT+): q\H7&w 窄带单色仪系统的仿真 !K\itOEP- 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 l* Y[^' :t>Q:mX(N 2.系统说明 an KuTI yW>R RE;
FpdHnu i1 k7T
alR 3.系统参数 O+FBQiv vYzVY\
b42QBTeg XnY"oDg^> A&
=pw# 4.建模/设计结果 o)!m$Q~v _8S4Q!
STB-guia5 +H}e)1^I 总结 u]*5Ex (? M=+M8M`Iy 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 [;@):28" 1. 仿真 x@Vt[}e 以光线追迹对单色仪核校。 ;]@exp5 2. 研究 `[@VxGy_ 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 6
[ _fD 3. 应用 ITc`]K 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Nt,~b^9 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Y)OBTX i[_|%'p 应用示例详细内容 Ky6+~> 系统参数 2Oi' E .C?GW1[c~@ 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 ,D8&q?a Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 6$(0Ty 1RA }aX
kjX7- ZPY eP?~-# 2. 系统参数 .q inR6= Nm"<!a<F 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。 J{!'f|
J ;q&0,B
x~Cz?ljbn DO%Pwfkd 3. 说明:平面波(参考) :iEA UM SS0_P
jKz 采用单色平面光源用于计算和测试。 !l"tI#?6W% @it/$>R^)
.5z&CJDiIi YM8rJ- 4. 说明:双线钠灯光源 D&f!( n %yKKUZ~ Z:c*!`F 为了增强光谱仪的光谱分辨率,对钠灯的双波长特性进行研究。 dm 2EH 双波长通过旋转轨道的相互作用分离,表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 `x*/UCy\ 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 OF-WUa4t 9R>~~~{-Go
L}b'+Wi@ _[%n ~6 5. 说明:抛物反射镜 `Jqf**t I3An57YV]. (QKsB3X 利用抛物面反射镜以避免球差。 :fW.-^"VP 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 *F..ZS'$[ vgN@~Xa
V:8@)Hc= J7Sx!PQ
[brkx3h L^x5&CCwk 6. 说明:闪耀光栅 UtPwWB_YV iAgOnk[ Cg7)S[zl 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 $i -zMa 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 eN4t1$ :U8k|,~f
&rcdr+' SNN#$8\
_C5n Apb A`g.[7 7. Czerny-Turner 测量原理 oo\IS\ d#4 Wj0x 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。 !x6IV25 ^t7_3%%w
ys/vI/e\ $q^O%( vU7&'ca 8. 光栅衍射效率 }]`}Ja ePi
Z B9AbKK$` 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。 :|Upx4]Ec 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 Pm~,Ky&Hl 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) =8@RKG`>; -&$%|cyThQ
|Cu1uwy file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd _E&U?>g+ YT][\x 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 fs7~NY KjC[q
o16d`}/< @::lJDGVv 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 :bI,rEW#_ y>4p~ 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 raSF3b/0 p?}&)Un
s* @QT8% =1eV 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 V@Ax}<$A 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 DhHtz.6 2UQN*_ 应用示例详细内容 `..EQBM a$A2IkD 仿真&结果 d4Ixuux<3 S io1Q0 1. 结果:利用光线追迹分析 y)0gJP
L^ 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 .x]'eq} 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ixg\[5.Q+ F|9a}(-7
6V+V
zDo 2m|Eoc&M_ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd { 576+:* i[mC3ghM6, 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 /FoUo 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)。 Q=^ktKMeR 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, ux%&lff
eog\pMv 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。 Oib[\O7[z Y!bpOa&
0kkRK*fp}x animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms "4KkKi }klE0<W|5\ 3. 衍射效率的评估 6Wf*>G*h 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 :P HUsy ys:1Z\$P
,xm;JXJ 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。 pM1=UF file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd %g!yccD9 =PI^X\if88 4. 结果:衍射级次的重叠 B?$S~5
} 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 &19lk VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ?ykVf O' 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 `i"$*4#< 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) 38Bnf 光栅方程: <\B],M1=s= x8\E~6`,
Y:DNu9 Z&AHM &,yj 45]Ym{] 5. 结果:光谱分辨率 n$XMsl.> Bl>_&A)
nXx6L!H J# file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run >xhd[ sURUQ H 6. 结果:分辨钠的双波段 } S'I
DHla 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 MzBfHt'Rk e[d7UV[Knn
G1`mn$`kq Z"teZ0H 设置的光谱仪可以分辨双波长。 /vFxVBX <~IH` file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run fvAh?<Ul j1'xp`jgv 7. 总结 DDqC}l_ 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 )R
[@G. 1. 仿真 #u}v7{4 以光线追迹对单色仪核校。 ):|G
kSm 2. 研究 [TiTff&LV 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。 V0SW 5
m 3. 应用 B|Rpm^| 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ~frPV8^DP 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。 g]EQ2g_N1 扩展阅读 UUdu;3E=5 1. 扩展阅读 T U"K#V&u 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 >oM9~7f ;-Y]X(z> 开始视频 rR),~ @]sL - 光路图介绍 ihpz}g - 参数运行介绍 3iwoMrp - 参数优化介绍 mVc'%cPaw 其他测量系统示例: zm;*:]S - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) !Vp,YN+yN - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) &vJ(P!2f<
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