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) $8BPlqBIZ kZ"BBJ6w 应用示例简述 |fo0 itMg|%B% 1.系统说明 H=
X|h) o=1X^, 光源 fDSv?crv — 平面波(单色)用作参考光源 ^Ox3XC — 钠灯(具有钠的双重特性) 9?k_y ZV 组件 G z)NwD — 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 W6Y@U$P#G 探测器 CD8}I85K — 功率 [+P#tIL — 视觉评估 c/uNM 建模/设计 ,cqF3 — 光线追迹:初始系统概览 #Skv(IL — 几何场追迹+(GFT+): 71l%MH 窄带单色仪系统的仿真 Ps<d('= 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Tyck/ EO #^]n0! 2.系统说明 aFLO{t r` QPq7R
V(E/'DR vY_-Ranj#. 3.系统参数 jq!tT%o*B +U@<\kIF
F;>!&[h}G 7hcNf, 0P]E6hWgg 4.建模/设计结果 vI@%Fg+D GQ-Rtn4v
Ox-|JJ= *2GEnAZb7n 总结 h5K$mA5 LlSZr)X 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 OD_W8!- 1. 仿真 }C|dyyr 以光线追迹对单色仪核校。 B2O} 1. 2. 研究 KSrx[q 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 |ely|U. Tf 3. 应用 l\n@cQR 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 `Ry]y"K 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 k]I0o)+O. wT{nu[=GH* 应用示例详细内容 ,tg0L$qC 系统参数 &%/7E_j7 3=L.uXVb 1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪 Ggb5K8D* 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。 NhYLtw^u s@7H1)U
rX1QMR7? jt.3P 2. 系统参数 Tq4-wE+ ,#kIr 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。 "T- `$'9 ::/j$bL
}3L@J8:D" 0xXC^jx: 3. 说明:平面波(参考) d09k5$=gJ s4uhsJL V$ 采用单色平面光源用于计算和测试。 Dmu/RD5X: AoI/n4T^
}:~x7|~s: ,11H.E
Z 4. 说明:双线钠灯光源 *VZ5B<Ic ,1"KHv NSDv;|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。 0p\@!Z H 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)。 ~((w?Yy"v 由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。 _> *jH' IyLx0[:U
2]ape !( yT,.z 0 5. 说明:抛物反射镜 u5%7}<nNi PxS8 n?y 1[vi. 利用抛物面反射镜以避免球差。 BV[ 5} 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。 B[4KX
1wP-
E3iW-B8u8 L~NbdaO
=Fr(9( byfJy^8G 6. 说明:闪耀光栅 <N9[?g) y7i*s^ys{ DY?Kfvef 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 d|yAs5@ 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 2FW\O0U wL:flH@
LmnymcH i0$kit
8Bjib&im B,=H@[Fj 7. Czerny-Turner 测量原理 *9{Z$IA9w z21|Dhiw& 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。 =^5Alba/ O|M{-)
UaB @ p ObX42 wLOB}ZMT 8. 光栅衍射效率 hs$GN] I]EbodAyZ, Gnq?"</ VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 aiu5}%U 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 E`uY1B[c 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) E}nH1 Kiu_JzD
9uA>N file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd EpX&R,Rxk Nu?-0> 9. Czerny-Turner系统的光路图设置 20nP/e <t
\H^H!
T
r1?620 %YC_Se7 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 8Hn|cf0 n74V|b6W 10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ub\MlSr In<n&ib
M 4?ig}kh .w8J*JZ 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 5jgR4a*_v 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 WL?\5?G9l .G#8a1# 应用示例详细内容 < F.hZGss7 }%_ b$ 仿真&结果 ne_TIwf w- 2bkX}FWd; 1. 结果:利用光线追迹分析 t_$2CRG# 首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 [VsKa\9u 对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ~ijVmWNk Xy$3VU*
L"4mL, g9Xu@N;bL file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd *&^:T~|=! F.=2u"[*& 2. 结果:通过虚拟屏的扫描
G(G{RAk> 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 3 +G$-ru 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度, O\"3J(y,
5',8 ziJQ 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。 1Y7Eajt-5 {^7Hgg
5?3Me59 animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms q#,f 4P +~mA}psr 3. 衍射效率的评估 PE3vQH=t~ 为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。 d\R,Q I uMQ9&
Wp!%-vzy& 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。 mUdOX7$c> file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 0;AA/ 6i.-6></ 4. 结果:衍射级次的重叠 4'a=pnE$
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。 7|$:=4 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 -y8`yHb_ 0级衍射并不分散,但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 l0PZ`m+;j 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) CsoiyY -2 光栅方程: =WyZX 7@R SEGri#s
:7!0OVQla\ )ttUWy$w UBaAx21x 5. 结果:光谱分辨率 3L_\`Ia9 }%'?p<^M
P3)Nl^/ file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run p~BRh V C24sU 6. 结果:分辨钠的双波段 a1+#3X. 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 lyy W jB$IyQ;@
d4>Z8FF|1B Sjyoc<Uo 设置的光谱仪可以分辨双波长。 |
r&k48@ $c:ynjL|P- file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run k@f g(}6 [z`31F 7. 总结 /H(?
2IHC 模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 XWS%zLaK 1. 仿真 52 fA/sx 以光线追迹对单色仪核校。 aWWU4xe 2. 研究
UEM(@zD] 应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 7hlO#PYZ 3. 应用
A: 5x| 应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 j53*E
)d 可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 }Qip&IN 扩展阅读 q)S^P> 1. 扩展阅读 nrxo&9[@n 以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 "$ Y_UJT7 '=nQ$/!q 开始视频 G-xDN59K - 光路图介绍 E:JJ3X| - 参数运行介绍 K?B{rE Lp - 参数优化介绍 RrX[|GLSJ 其他测量系统示例: a(kg/s - 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Pe3@d|-,MU - 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) x(etb<!jd
|
|