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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) 6.vwK3\>~ ngzQVaB9 应用示例简述 $^W|@et{
] U \jFB*U 1.系统说明 $Y%,?>AL< q[c^`5 光源 4!Lj\.!$ — 平面波(单色)用作参考光源 xC2y/? — 钠灯(具有钠的双重特性) 3
op{h6 组件 z/i&Lpr: — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 i$H9~tPs 探测器 -c%'f&P — 功率 IC-W[~ — 视觉评估 ,+FiP{` 建模/设计 ][>-r&V — 光线追迹:初始系统概览 b3q&CJ4| — 几何场追迹+(GFT+): :PBW=W 窄带单色仪系统的仿真 2D"aAI<P 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ilQt`-O! /Y| <0tq 2.系统说明 7 M$cIWe$ 5B;;{GR
nsu RG gVs@T' 3.系统参数 Lo}zT-F C%"aj^u
#m3!U(Og` FMC]KXSd H )Ze{N 4.建模/设计结果 iT</ {%6g6?=j
KR>o 2 MK <\:g 总结 "fu@2y4^ B9]bv] 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 c+:^0&l 1. 仿真 6Z{(.'Be 以光线追迹对单色仪核校。 RT[E$H 2. 研究 ZN!<!"~ 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。 !'a
<Dw5 3. 应用 ym2"D?P
( 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 U"L-1]L 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。 W?du ] 5)ooE 应用示例详细内容 >txeo17Ba\ 系统参数 c;88Wb<|W XjTu`?Na; 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 Kr+#)S 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。 YAd%d|Q W4)bEWO+q
8I0G%hD u"DE? 2. 系统参数 <>V~ S]Aaf-X_ 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。 40 zO4 ~gg&G~ET
#j"GS/y" f0*_& rP 3. 说明:平面波(参考) uS!V_] V9wL3* 采用单色平面光源用于计算和测试。 T2|os{U i\=I` Yn+
x|g2H.n hbs /S 4. 说明:双线钠灯光源 `)TgGny01 yh.WTgcW -0<ZN(?| 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。 xsU3c0wbr8 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)。 =Ea,8bpn 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 wcGv#J], w^}*<q\
dcfwUjp[ *pyC<4W 5. 说明:抛物反射镜 Ho $+[K nD}<zj$D2 LVdtI 利用抛物面反射镜以避免球差。 lHE+o;- 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。 EBpg w{GEWD{&
VOT9cP^6 co'qVsOiH
A>\3FeU>UC <eZrb6a' 6. 说明:闪耀光栅 V6'k\5| _ }sp?@C,Z n%!50E6*: 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 $)'LbOe 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 >2NsBS( (Z8wMy&:
!$<Kp6 Y]i:$X]C?X
#z}0]GJKj !e('T@^u6u 7. Czerny-Turner 测量原理 !04^E S(lqj6aa} 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。 61*b|.sl'# (@S9>z4s
zR?1iV.]
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cocM 8. 光栅衍射效率 tZ:fOM s:I 8~Cc GE\({V.W 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。 wkT4R\H > 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 5'_:>0} 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) <ILi38%Y muO;g&
K]&GSro file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ,? Q1JZPy@ &+GbklUB~ 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 l
s%'\} =q[ynZ8O\w
T;i+az{N:V xFyBF[c 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 o@YEd d },#AlShZu 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 >uE<-klv [ *
!0DW`
$=Tq<W*c Zm#,Ike?# 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 1h`# H: 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 8_3WCbe/ EpENhC0 应用示例详细内容 ;9qwB +\J+?jOC4S 仿真&结果 dCzS f4: u2*."W\ 1. 结果:利用光线追迹分析 1119Y eL 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Vb?_RE_H 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 .G|U#%"6x p&HkR^.S
Wr,pm#gl6 e{.P2rnh file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd SnoEi~Da 8,:lw3x1 2. 结果:通过虚拟屏的扫描 XL(2Qk 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 ZOL#Q+U 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, ]Yf8
;\iu*1>Z,& 通过该功能给定波长,可以自动设置合适的倾斜角。因此,如为了仿真全谱段,参数运行必须指定波长。 8vUq8[[ N
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Bhe0z|& animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms s_6Iz^]I u<HJFGLzI 3. 衍射效率的评估 q&,uJo 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 ST\d-x n'@XgUI,
~%sNPKjA 比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 wT:mfS09N file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ~bfjP2
g kqLpt 4. 结果:衍射级次的重叠 ),0Ea~LB4 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 'WwD$e0= 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)。 ['I5(M@ 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。 7gt%[r M 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) "-G&]YMl 光栅方程: NaeG)u#+ >n>gX/S<C
)lVplAhZD !3o]mBH8 ~uJO6C6A 5. 结果:光谱分辨率 m_UzmWF 5I5#LQv0
q)]S:$?BT file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run AaJz3oncJ aMyf|l. 6. 结果:分辨钠的双波段 _"qX6Jc 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 _i0,?U2C qox@_
HE3x0H}o> %X(|Z4dL 设置的光谱仪可以分辨双波长。 !^w}Sp k7bfgb{ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run BEii:05 xx,|n 7. 总结 '>UQsAvm 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 m# I 1. 仿真 QBTjiaYGa' 以光线追迹对单色仪核校。 C-VkXk 2. 研究 tR-rW)0K3Q 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。 m H&WoL<K 3. 应用 50`<[w<J
q 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Evq^c5n>{ 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。 @ {8xL 扩展阅读 B6]M\4v 1. 扩展阅读 CGCSfoS9f 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 [f-<M@id/ ~H`(z zk 开始视频 U("m}^ - 光路图介绍 k0-,qM#p;X - 参数运行介绍 F0+@FS0 - 参数优化介绍 o%?~9rf]] 其他测量系统示例: `xu/|})KI - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) =/qj vY - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) N`!=z++G
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