測量系統(MSY.0003 v1.1)
應用示例簡述
1.系統說明
光源
— 平面波(單色)用作參考光源
— 鈉燈(具有鈉的雙重特性)
組件
— 光闌(狹縫)，拋物面反射鏡，閃耀光柵
探測器
— 功率
— 視覺評估
建模/設計
— 光線追跡：初始系統概覽
— 幾何場追跡+(GFT+)：
窄帶單色儀系統的仿真
為分辨特定光譜曲線進行整個光譜的高分辨率分析
2.系統說明
3.系統參數
4.建模/設計結果
總結
模擬并分析了Czerny-Turner單色儀及并將其用于光譜研究中。
1. 仿真
以光線追跡對單色儀核校。
2. 研究
應用經典場追跡和幾何場追跡+引擎對系統的性能進行研究。系統分析中包括采用傅里葉模態法進行光柵效率的嚴格分析。
3. 應用
應用真實的Czerny-Turner單色儀分辨了鈉燈的雙波長特性
可以通過使用VirtualLab對復雜的光譜系統,比如Czerny-Turner進行詳盡的研究。
應用示例詳細內容
系統參數
1. 仿真任務：Czerny-Turner干涉儀
Czerny-Turner干涉儀是一種廣泛用于光和樣本的光譜研究。主要由兩個球面或拋物面反射鏡、兩個光闌以及一個作為分光元件的光柵組成。
2. 系統參數
元件在1m范圍內的距離與非常窄的入瞳孔徑進行結合以確保單色儀/光譜儀的高光譜分辨率。
3. 說明：平面波(參考)
采用單色平面光源用于計算和測試。
4. 說明：雙線鈉燈光源
為了增強光譜儀的光譜分辨率，對鈉燈的雙波長特性進行研究。
雙波長通過旋轉軌道的相互作用分離，表現為具有515GHz頻率差異(波長差為0.6nm)。
由于低氣壓燈的擴展發射區域，鈉燈可視為平面波。
5. 說明：拋物反射鏡
利用拋物面反射鏡以避免球差。
出于此目的，在VirtualLab庫目錄中選擇離軸拋物面反射鏡(楔形)組件。
6. 說明：閃耀光柵
采用衍射元件用于分離所研究光源的光譜波長。
通過使用閃耀光柵，可以對期望衍射級次的衍射效率進行優化
7. Czerny-Turner 測量原理
通過光柵傾斜角的變化，入瞳的像可經過探測器孔徑進行掃描。探測器可以評估光入射的能量。
8. 光柵衍射效率
VirtualLab的光柵組件可通過傅里葉模態法(FMM)對衍射級次進行嚴格的計算。
因此，每一個波長的效率可視為獨立的。
3個不同波長的不用的衍射效率的歸一化強度：(可被測量系統的計算視為如此)
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd
9. Czerny-Turner系統的光路圖設置
由于VirtualLab的相對位置系統，只設置了沿Z軸方向的距離。
10. Czerny-Turner 系統的3D視圖
增大平面波光源和孔徑的距離僅是為了更清晰的顯示3D視圖(可在光路編輯器中實現)。
不僅如此，距離減到0.1倍是為了提高視圖的可觀察性。
應用示例詳細內容
仿真&結果
1. 結果：利用光線追跡分析
首先，利用光線追跡分析光在光學系統中的傳播。
對于該分析，采用內嵌的光線追跡系統分析器。
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd
2. 結果：通過虛擬屏的掃描
通過將光柵傾斜合適的角度以選擇被探測的波長 (可通過光柵方程計算該角度)。
采用VirtualLab中的參數耦合功能連接波長和光柵的傾斜角度，
通過該功能給定波長，可以自動設置合適的傾斜角。因此，如為了仿真全譜段，參數運行必須指定波長。
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms
3. 衍射效率的評估
為選擇合適的仿真引擎，必須考慮孔徑衍射效應的影響。
比較經典場追跡和幾何場追跡+可知，由于兩者的差別較小，可忽略衍射效應。采用更快速的GFT+引擎用于后續研究。
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd
4. 結果：衍射級次的重疊
因為光柵用于分離多譜段(如可見光)，所以不同衍射級次可能發生重疊。
VirtualLab的光柵組件可以計算所有期望的衍射級次(包括利用傅里葉模態法計算衍射效率)。
0級衍射并不分散，但2級衍射相對于1級衍射表現出較大的發散角。
通過光柵參數和光柵方程的計算可發現重疊為760nm(1級)和380nm(2級)
光柵方程：
5. 結果：光譜分辨率
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run
6. 結果：分辨鈉的雙波段
應用所建立單色儀分辨鈉的雙波段特性。
設置的光譜儀可以分辨雙波長。
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run
7. 總結
模擬并分析了Czerny-Turner單色儀及并將其用于光譜研究中。
1. 仿真
以光線追跡對單色儀核校。
2. 研究
應用經典場追跡和幾何場追跡+引擎對系統的性能進行研究。系統分析中包括采用傅里葉模態法進行光柵效率的嚴格分析。
3. 應用
應用真實的Czerny-Turner單色儀分辨了鈉燈的雙波長特性
可以通過使用VirtualLab對復雜的光譜系統,比如Czerny-Turner進行詳盡的研究。
擴展閱讀
1. 擴展閱讀
以下文件給出了在VirtualLab中如何設置測量系統的更多細節。
開始視頻
其他測量系統示例：
- 邁克爾遜干涉儀(MSY.0002)
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