[分享]Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真 [复制链接]

测量系统(MSY.0003 v1.1) `P:[.hRu  
hK{<&T  
应用示例简述 ~>~qA0m"m  
QX=x^(M$m  
1.系统说明 @*UV|$~(Q  
# M!1W5#  
 光源 ,]n~j-
X  
— 平面波(单色)用作参考光源 pNmWBp|ER  
— 钠灯(具有钠的双重特性) V 7ZGT  
 组件 a <F2]H=J  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 e VQ-?DK  
 探测器 m"'`$/_  
— 功率 "oF)u1_?  
— 视觉评估 Y"m(hs$  
 建模/设计 x_C0=Q|K3  
— 光线追迹：初始系统概览 )24M?R@r  
— 几何场追迹+(GFT+)： NN5Ejr,  
 窄带单色仪系统的仿真 qTMY]=(  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 puMbB9)  
\W= qqE]  
2.系统说明 :IfwhI)  
P46Q3EE  
K"X"2c1o  
tp&|*M3  
3.系统参数 ja&m-CFK  
|z:4T%ES  
L*vKIP<EMM  
_F|}=^Z`  
T"gk^.  
4.建模/设计结果 n"Bc2}{  
]bpgsW:Xu  
Q[|*P ] w  
HTvUt*U1  
总结 +PKsiUJ|  
m&'!^{av  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 *-Vr=e<8   
1. 仿真 GCfVH?Vx  
以光线追迹对单色仪核校。 wQ@:0GJH  
2. 研究 8~TKiR
5  
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
~#}T|  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 {B6ywTK\`  
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。 @>V;guJC%  
y=EVpd  
应用示例详细内容 F*>#Xr~/  
系统参数 v7`{6Pf_$  
K,%CE ].  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 { w 
sT  
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。 UF*R1{  
3T4HX|rC  
CXyb8z4/+  
[+xsX
*+  
2. 系统参数 lCl5#L9  
4neO$^i8J  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 D>HbJCG4^  
8Gnf_lkI  
*kYGXT,f]  
J.M&Vj:  
3. 说明：平面波(参考) DrC"M*$!  
t4/ye>P &  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 m
w;4/ /R  
T&b_*)=S  
C_8_sbZ/  
BOq9\g`5s  
4. 说明：双线钠灯光源 (
j??
 
(}.MB3`#C  
%d(= >  
 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。 :2,NKdD  
 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)。 B.~] 7H5"(  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 .Y^cs+-o  

Z*UVbyC  
<'SS IMr  
*h3iAcM8  
5. 说明：抛物反射镜 ,-8-Y>[  
}*xjO/Ey  
$uyx  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 hwJ>IQ1  
 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。 C])s'XTs  
UOl*wvy  
~!8j,Bqs+z  
k{N!}%*2  
[(5.?  
0< vJ*z|_  
6. 说明：闪耀光栅 A1,q3<<D%  
DZnqCu"J  
xy"'8uRi  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 X:;x5'|
 
 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 x-X~'p'f  
jlU6keZh`  
GQ7uxdqWBQ  
@p WN5VL  
ljOY;WV3  
fi`\e W  
7. Czerny-Turner 测量原理 5rdB>8W  
z8JW iRn  
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。 =r7!QXPH}  
dM= &?g  
Jcm
Jq fR  
]7Sf)  
bp=r]nO  
8. 光栅衍射效率 seBmhe5qR  
2bG3&G  
yV\%K6d|3&  
 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。 tO:JB&vO2  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 y#iz$lX R  
 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) 4Yik
C  
YI,t{Wy  
Z/ jmi  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd QRf>lZP  
L6{gwoZf3  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 XC^*z[#4{  
TEd5&Z  
A`Y^qXFb`  
PDuBf&/e  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 D_
czUM  
SM4`Hys;p  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 TaBya0-  
'kcR:5B  
"YgpgW  
xwof[BnEZ  
 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)。 7)
r]h?  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 rMbq_
5}
 
v>B412l  
应用示例详细内容 \?T9v  
FrXP"U}Y  
仿真&结果 ,mp<<%{u  
iKJqMES  
1. 结果：利用光线追迹分析 ~at@3j}W  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 gI;"PkN  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 nco.j:  
j2_j5Hgo  
Si?s69  
5buW\_G)  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd bkDVW  
49&i];:%7%  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 m]>zdP+  
 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)。 h' !C  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， TsK!36cg  
+yWD>PY(  
 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。 e,e(t7c?d  
D`a6D  
M x#L|w`r  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms (is',4^b  
-|#{V.G3'  
3. 衍射效率的评估 CE`]
X;#y  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 :&vX0 Ce:  
VRQ`-#  
/x ?@Mn>  
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。 6-
_g1vq  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd I$t8Ko._"  
h{^v756L  
4. 结果：衍射级次的重叠 4@{cK
|  
 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。 EyA ny\"  
 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)。 H@1'El\9  
 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。 3&^hf^yg  
 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) 8Re[]bE  
 光栅方程： SZ9Oz-?  
.h=n [`RB  
T(?w}i  
]|CcQ1#|H  
9Q4{ cB  
5. 结果：光谱分辨率 K'Ywv@  
mufGv%U2  
qhxMO[f  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run )Ri!  
]{6/6jl  
6. 结果：分辨钠的双波段 f%o[eW#  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 6U*CR=4  
   'cpm 4mT  
U3a
2wK  
Xs052c|s  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 K`Kv.4  
sWr;%<K  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run )hrsA&1w  
M/p9 I gp  
7. 总结 {O2=K#J  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 =Q(J!f  
1. 仿真 l|WFS  
以光线追迹对单色仪核校。 _,L_H[FN  
2. 研究 }( F:U#  
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。 p*Q-o  
3. 应用 7?whxi Qs  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 QGuqV8 y0  
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。 ^H.B6h?  
扩展阅读 q* R}yt5  
1. 扩展阅读 ; R+>}6  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 T&'Jc  
BwWSztJ+B  
 开始视频 n/5T{NfG  
- 光路图介绍 1- s(v)cxh  
- 参数运行介绍 dzOco)y  
- 参数优化介绍 l'(FM^8jv  
 其他测量系统示例： 2V)+ba|+  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Gf"TI:xa  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) vd ls
s|  
}dzdx"  
d78 [(;  
QQ：2987619807 _l7_!Il_  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习