測(cè)量系統(tǒng)(MSY.0003 v1.1)
應(yīng)用示例簡(jiǎn)述
1.系統(tǒng)說(shuō)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(cè)器
— 功率
— 視覺(jué)評(píng)估
建模/設(shè)計(jì)
— 光線(xiàn)追跡：初始系統(tǒng)概覽
— 幾何場(chǎng)追跡+(GFT+)：
窄帶單色儀系統(tǒng)的仿真
為分辨特定光譜曲線(xiàn)進(jìn)行整個(gè)光譜的高分辨率分析
2.系統(tǒng)說(shuō)明
3.系統(tǒng)參數(shù)
4.建模/設(shè)計(jì)結(jié)果
總結(jié)
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(xiàn)追跡對(duì)單色儀核校。
2. 研究
應(yīng)用經(jīng)典場(chǎng)追跡和幾何場(chǎng)追跡+引擎對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行研究。系統(tǒng)分析中包括采用傅里葉模態(tài)法進(jìn)行光柵效率的嚴(yán)格分析。
3. 應(yīng)用
應(yīng)用真實(shí)的Czerny-Turner單色儀分辨了鈉燈的雙波長(zhǎng)特性
可以通過(guò)使用VirtualLab對(duì)復(fù)雜的光譜系統(tǒng),比如Czerny-Turner進(jìn)行詳盡的研究。
應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容
系統(tǒng)參數(shù)
1. 仿真任務(wù)：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(gè)球面或拋物面反射鏡、兩個(gè)光闌以及一個(gè)作為分光元件的光柵組成。
2. 系統(tǒng)參數(shù)
元件在1m范圍內(nèi)的距離與非常窄的入瞳孔徑進(jìn)行結(jié)合以確保單色儀/光譜儀的高光譜分辨率。
3. 說(shuō)明：平面波(參考)
采用單色平面光源用于計(jì)算和測(cè)試。
4. 說(shuō)明：雙線(xiàn)鈉燈光源
為了增強(qiáng)光譜儀的光譜分辨率，對(duì)鈉燈的雙波長(zhǎng)特性進(jìn)行研究。
雙波長(zhǎng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)軌道的相互作用分離，表現(xiàn)為具有515GHz頻率差異(波長(zhǎng)差為0.6nm)。
由于低氣壓燈的擴(kuò)展發(fā)射區(qū)域，鈉燈可視為平面波。
5. 說(shuō)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(kù)目錄中選擇離軸拋物面反射鏡(楔形)組件。
6. 說(shuō)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(zhǎng)。
通過(guò)使用閃耀光柵，可以對(duì)期望衍射級(jí)次的衍射效率進(jìn)行優(yōu)化
7. Czerny-Turner 測(cè)量原理
通過(guò)光柵傾斜角的變化，入瞳的像可經(jīng)過(guò)探測(cè)器孔徑進(jìn)行掃描。探測(cè)器可以評(píng)估光入射的能量。
8. 光柵衍射效率
VirtualLab的光柵組件可通過(guò)傅里葉模態(tài)法(FMM)對(duì)衍射級(jí)次進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算。
因此，每一個(gè)波長(zhǎng)的效率可視為獨(dú)立的。
3個(gè)不同波長(zhǎng)的不用的衍射效率的歸一化強(qiáng)度：(可被測(cè)量系統(tǒng)的計(jì)算視為如此)
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd
9. Czerny-Turner系統(tǒng)的光路圖設(shè)置
由于VirtualLab的相對(duì)位置系統(tǒng)，只設(shè)置了沿Z軸方向的距離。
10. Czerny-Turner 系統(tǒng)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(shí)現(xiàn))。
不僅如此，距離減到0.1倍是為了提高視圖的可觀(guān)察性。
應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容
仿真&結(jié)果
1. 結(jié)果：利用光線(xiàn)追跡分析
首先，利用光線(xiàn)追跡分析光在光學(xué)系統(tǒng)中的傳播。
對(duì)于該分析，采用內(nèi)嵌的光線(xiàn)追跡系統(tǒng)分析器。
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd
2. 結(jié)果：通過(guò)虛擬屏的掃描
通過(guò)將光柵傾斜合適的角度以選擇被探測(cè)的波長(zhǎng) (可通過(guò)光柵方程計(jì)算該角度)。
采用VirtualLab中的參數(shù)耦合功能連接波長(zhǎng)和光柵的傾斜角度，
通過(guò)該功能給定波長(zhǎng)，可以自動(dòng)設(shè)置合適的傾斜角。因此，如為了仿真全譜段，參數(shù)運(yùn)行必須指定波長(zhǎng)。
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms
3. 衍射效率的評(píng)估
為選擇合適的仿真引擎，必須考慮孔徑衍射效應(yīng)的影響。
比較經(jīng)典場(chǎng)追跡和幾何場(chǎng)追跡+可知，由于兩者的差別較小，可忽略衍射效應(yīng)。采用更快速的GFT+引擎用于后續(xù)研究。
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd
4. 結(jié)果：衍射級(jí)次的重疊
因?yàn)楣鈻庞糜诜蛛x多譜段(如可見(jiàn)光)，所以不同衍射級(jí)次可能發(fā)生重疊。
VirtualLab的光柵組件可以計(jì)算所有期望的衍射級(jí)次(包括利用傅里葉模態(tài)法計(jì)算衍射效率)。
0級(jí)衍射并不分散，但2級(jí)衍射相對(duì)于1級(jí)衍射表現(xiàn)出較大的發(fā)散角。
通過(guò)光柵參數(shù)和光柵方程的計(jì)算可發(fā)現(xiàn)重疊為760nm(1級(jí))和380nm(2級(jí))
光柵方程：
5. 結(jié)果：光譜分辨率
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run
6. 結(jié)果：分辨鈉的雙波段
應(yīng)用所建立單色儀分辨鈉的雙波段特性。
設(shè)置的光譜儀可以分辨雙波長(zhǎng)。
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run
7. 總結(jié)
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(xiàn)追跡對(duì)單色儀核校。
2. 研究
應(yīng)用經(jīng)典場(chǎng)追跡和幾何場(chǎng)追跡+引擎對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行研究。系統(tǒng)分析中包括采用傅里葉模態(tài)法進(jìn)行光柵效率的嚴(yán)格分析。
3. 應(yīng)用
應(yīng)用真實(shí)的Czerny-Turner單色儀分辨了鈉燈的雙波長(zhǎng)特性
可以通過(guò)使用VirtualLab對(duì)復(fù)雜的光譜系統(tǒng),比如Czerny-Turner進(jìn)行詳盡的研究。
擴(kuò)展閱讀
1. 擴(kuò)展閱讀
以下文件給出了在VirtualLab中如何設(shè)置測(cè)量系統(tǒng)的更多細(xì)節(jié)。
開(kāi)始視頻
其他測(cè)量系統(tǒng)示例：
- 邁克爾遜干涉儀(MSY.0002)
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