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眼内衍射透镜的设计与分析

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VirtualLab Fusion应用:参数

Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真
时间:2016-09-10 23:52来源:未知作者: infotek点击:打印
测量系统(MSY.0003 v1.1)
 
应用示例简述
 
1.系统说明
 
光源
平面波(单色)用作参考光源
钠灯(具有钠的双重特性)
组件
光阑(狭缝),抛物面反射镜,闪耀光栅
探测器
功率
视觉评估
建模/设计
光线追迹:初始系统概览
几何场追迹+(GFT+):
窄带单色仪系统的仿真
为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析
 
2.系统说明

 
3.系统参数

 
 
4.建模/设计结果
 

 
总结
 
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。
1. 仿真
以光线追迹对单色仪核校。
2. 研究
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。
3. 应用
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性
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。 
 
应用示例详细内容
系统参数
 
1. 仿真任务:Czerny-Turner干涉仪
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。

 
2. 系统参数
 
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。

 
3. 说明:平面波(参考)

采用单色平面光源用于计算和测试。

 
4. 说明:双线钠灯光源

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。
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)。
由于低气压灯的扩展发射区域,钠灯可视为平面波。

 
5. 说明:抛物反射镜

利用抛物面反射镜以避免球差。
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。



 
6. 说明:闪耀光栅

采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。
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



 
7. Czerny-Turner 测量原理
 
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。

 
 
8. 光栅衍射效率

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。
因此,每一个波长的效率可视为独立的。
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)
 
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd
 
9. Czerny-Turner系统的光路图设置

 
由于VirtualLab的相对位置系统,只设置了沿Z轴方向的距离。
 
10. Czerny-Turner 系统的3D视图

 
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)。
不仅如此,距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。
 
应用示例详细内容
 
仿真&结果
 
1. 结果:利用光线追迹分析
首先,利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。
对于该分析,采用内嵌的光线追迹系统分析器。

 
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 
 
2. 结果:通过虚拟屏的扫描
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)。
采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度,
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。

animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms
 
3. 衍射效率的评估
为选择合适的仿真引擎,必须考虑孔径衍射效应的影响。

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。
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd
 
4. 结果:衍射级次的重叠
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。
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)。
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。
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)
光栅方程:
 
 
 
5. 结果:光谱分辨率

file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run
 
6. 结果:分辨钠的双波段
应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。
 

 
设置的光谱仪可以分辨双波长。
 
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run
 
7. 总结
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。
1. 仿真
以光线追迹对单色仪核校。
2. 研究
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。
3. 应用
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性
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。 
扩展阅读
1. 扩展阅读
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。
 
开始视频
其他测量系统示例:
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002)
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