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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) 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 pULsGb  
— 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> RRE;  
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$Q~v  
 _8S4Q!  
STB-guia5  
+H}e)1^ I  
总结 u]*5Ex(?  
M=+M8M`Iy  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 [; @):28"  
1. 仿真 x@Vt[}e  
以光线追迹对单色仪核校。 ;]@exp 5  
2. 研究 `[@VxGy_  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 6 [ _ fD  
3. 应用 ITc `]K  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Nt,~b^9  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Y)OBTX  
i[_| %'p  
应用示例详细内容 Ky6+~>  
系统参数 2Oi'E  
.C?GW1[c~@  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 ,D8&q?a  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 6$(0Ty  
1RA }aX  
kjX7- ZPY  
eP?~- #  
2. 系统参数 .qinR 6=  
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  
D O%Pwfkd  
3. 说明:平面波(参考) :iEAUM  
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+'  
S NN#$8\  
_C5nApb  
A`g.[7  
7. Czerny-Turner 测量原理 oo\IS\  
d#4Wj0x  
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 `..EQ BM  
a$A2IkD  
仿真&结果 d4Ixuux<3  
Sio1Q0  
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  
e og\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=U F  
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?$S~5  }  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 &19l k   
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ?ykVfO'  
 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 `i"$*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$XMsl.>  
Bl>_&A)  
nXx6L!HJ#  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run >xhd[  
sURUQ  H  
6. 结果:分辨钠的双波段 }S'I DHla  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 MzBfHt'Rk  
   e[d7UV[Knn  
G1`mn$`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 k Sm  
2. 研究 [TiT ff&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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