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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) $8BPlqBIZ  
kZ"BBJ6w  
应用示例简述 |fo0  
itMg|%B%  
1.系统说明 H= X|h)  
o=1X^,  
 光源 fDSv?crv  
— 平面波(单色)用作参考光源 ^Ox3XC  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 9?k_y ZV  
 组件 G z)NwD  
— 光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅 W6Y@U$P#G  
 探测器 CD8}I85 K  
— 功率 [ +P#tIL  
— 视觉评估 c/ uNM  
 建模/设计 ,cq F3   
— 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{tr`  
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。 NhYLt w^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。 _> *j H'  
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 2 FW \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。 =^5Alb a/  
O|M{-)  
UaB @  
p ObX42  
wLOB}ZMT  
8. 光栅衍射效率 hs$GN]  
I]EbodAyZ,  
Gnq?"</  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 aiu5}%U  
 因此,每一个波长的效率可视为独立的。 E`uY1B[c  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度:(可被测量系统的计算视为如此) E }nH1  
Kiu_JzD  
9uA>N  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd EpX&R,Rxk  
Nu?-0>  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 20nP/ e  
<t \H^H!  
T r1?620  
%YC_Se7  
 由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。 8Hn|cf0  
n74V|b6W  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ub\MlSr  
In<n&ib  
M 4?ig}kh  
.w8J*JZ  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 5jgR4a*_v  
 不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 WL?\5?G 9l  
.G#8a1#  
应用示例详细内容 < F.hZGss7  
}%_ b$  
仿真&结果 ne_TIwfw-  
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  
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