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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) V?V)&y] 4  
*ez~~ Y  
应用示例简述 9Bvn>+_K  
\ [^) WQ  
1.系统说明 &B7+>Ix,  
k#:@fH4{PA  
 光源 b}*@=X=4o  
— 平面波(单色)用作参考光源 Y=Ar3O*F  
— 钠灯(具有钠的双重特性) zmfRZ!Eh  
 组件 I%Po/+|+  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 v6DxxE2n  
 探测器 pT;-1c%:  
— 功率 k1Mxsd  
— 视觉评估 ~iR!3+yg4  
 建模/设计 )av'u.]%c  
— 光线追迹:初始系统概览 NZ+?Ydr8k  
— 几何场追迹+(GFT+): 73s3-DS,  
 窄带单色仪系统的仿真 -2jBs-z  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Zc\h15+P  
7~l  
2.系统说明 Yx}"> ;\  
$7gB&T.x  
hzuMTKH9  
>upXt?  
3.系统参数 77&^$JpM  
&(uF&-PwO4  
xlPcg7  
vrm{Ql&  
=y-!k)t  
4.建模/设计结果 &b@!DAwAJ  
qvfAG 0p  
Ubw!/|mi  
{?>bblw/d  
总结 $YGIN7_Gg  
2 ) /k`Na  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 5nxS+`Pn.)  
1. 仿真 F3Ak'h{Ay  
以光线追迹对单色仪核校。  IB.'4B7  
2. 研究 XC/]u%n8](  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 )*TW\v`B  
3. 应用 #-gGsj;F  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 =S[FJaIu7  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 i^s`6:rNu  
S`2mtg  
应用示例详细内容 vA "`0  
系统参数 w[,?- Xm  
:9x084ESR)  
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 FG;<`4mY  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 =N@)CB7a  
r_V2 J{B  
sx-Hw4.a"  
A}#]g>L  
2. 系统参数 )S wG+k,  
K5)yM @cq  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 ,2 g M-  
m_E[bDON  
DQ n`@  
fZw9zqg  
3. 说明:平面波(参考) B.Zm$JZ:  
iBtjd`V*  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 tkdBlG]!  
sx[&4 k[  
rt3f7 s*  
wzDk{4U  
4. 说明:双线钠灯光源 20.-;jK  
_Ra<|NVQh  
y} $ P,  
 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。 x:A-p..e  
 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)。 Uxk[O  
 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 &sZ9$s:(^  
OD?y  
eC+"mhB  
EI=Naq  
5. 说明:抛物反射镜 tL={y*  
't0+:o">:  
s.R-<Y 3  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 >op:0on]}  
 出于此目的,在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 z_:eM7]jv  
wDT>">&d  
LC,*H0  
4GU/V\e|  
"wnpiB}  
2qs>Bshf  
6. 说明:闪耀光栅 =9qGEkd3  
E[|s>Xv~  
:mXGIRi  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 [K cki+  
 通过使用闪耀光栅,可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 "*++55  
T~i%j@Q.6  
_pz,okO[V  
JmU<y  
heE}_,$|  
!US8aT  
7. Czerny-Turner 测量原理 >lD;0EN  
&a%WM   
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。 /9x{^  
\H Wcd|  
IVI~1~  
up\oWR:  
!_CX2|  
8. 光栅衍射效率 [>W"R1/  
lLb:f6N  
,?l~rc  
 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。 r\$6'+Si  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 "w}-?:# j  
 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) +h0PR?  
 9R9__w;  
0 HGlf  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd S~KS9E~\  
j$3rJA%rN  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 FJP< bREQ  
D Irgq|8  
KcC!N{  
c_ La^HS  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 K(<$.  
:.*HQt9N  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 O^5UB~  
q@(1Yivk  
6cJ<9i &  
Vclr)}5  
 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)。 3sH\1)Zz  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 |xn#\epy@  
'It?wB W  
应用示例详细内容 i+g~ Uj}h  
]eE 1n2  
仿真&结果 '"y}#h__T  
M\Se_  
1. 结果:利用光线追迹分析 ;HDZ+B  
 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ebqg"tPN{  
 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 MDJc[am  
11@]d ]v ,  
>c<pDNt?  
i[\w%(83Fi  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd yL6^\x  
`ncNEHh7K  
2. 结果:通过虚拟屏的扫描 2 nv[1@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)。 1BJ<m5/1%  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, av-#)E  
@5xu>gKn  
 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。 YTK^ijmU6x  
(89Ji'dc  
ow$q7uf  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms \R(R9cry  
\<~}o I  
3. 衍射效率的评估 H3 , ut  
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 8V9 [a*9  
[#Y' dFQ  
jNA1O68N  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知,由于两者的差别较小,可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 =.*98  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd re^Hc(8M  
)tS-.PrA-  
4. 结果:衍射级次的重叠 ]dSK wxk  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光),所以不同衍射级次可能发生重叠。 ?s?$d&h  
 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)。 Tk*w3c"$  
 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。 UZGDdP  
 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) @Y}uZ'jt'  
 光栅方程: 24u x  
 |t))u`~  
7\ypW$Ot  
a8pY[)^c  
87V1#U^  
5. 结果:光谱分辨率 Pao%pA.<  
&fwS{n;U  
& ze>X  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run +H_MV=A^  
`S3>3  
6. 结果:分辨钠的双波段 e4`uVq5  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Zp&@h-%YoD  
   (gwj)?:  
WA6!+Gy  
fuUm}N7  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 \L # INP4~  
G_ >G'2  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run AQss4[\Dx  
DWU`\9xA*  
7. 总结 krB'9r<wa`  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ,+`HQdq  
1. 仿真 kM/Te{<  
以光线追迹对单色仪核校。 [8XLK4e  
2. 研究 8z2Rry w  
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。 El- ? %  
3. 应用 n6MM5h/#r  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 P[ r];e  
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。 X^@ I].  
扩展阅读 nV*y`.+  
1. 扩展阅读 O(z}H}Fv  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 I.'b'-^  
l|/LQ/  
 开始视频 ]m4OIst  
- 光路图介绍 "*z_O  
- 参数运行介绍 .8WXC   
- 参数优化介绍 <7_KeOLJ  
 其他测量系统示例: 8RW&r  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) "TcW4U9  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) <#M`5X.  
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