[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) U8#xgz@  
+@9gkPQQ-@  
应用示例简述 foF19_2 ,  
}*]B-\>  
1.系统说明 14eW4~Mr  
uaw~r2  
 光源 kEeo5XN  
— 平面波(单色)用作参考光源 rsn.4P=  
— 钠灯(具有钠的双重特性) + Y.1)i}  
 组件 CF!Sa6  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 v7  
 探测器 I-D^>\k+  
— 功率 72W,FU~OD  
— 视觉评估 $aCd/&  
 建模/设计 3gWvmep1  
— 光线追迹：初始系统概览 ,ea^,H6  
— 几何场追迹+(GFT+)： m8Vdb"0  
 窄带单色仪系统的仿真
HysS_/t~  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 '[|+aJ  
h/eR  
2.系统说明 6dH }]~a  
Jo(`zuLJ  
s1Ok|31|  
qL$a c}`  
3.系统参数 A$0H .F>  
d9*hBm  
IH48|sa  
in <(g@Zg  
Ok5<TZ6t4k  
4.建模/设计结果 a?} .Fs  
NvE}eA#
 
qL6c`(0  
p;)"  
总结 >%p{38  
S0h'50WteJ  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 VpfUm
?Nq  
1. 仿真 CQ7{1,?2  
以光线追迹对单色仪核校。 Jk|Q`h  
2. 研究 'crlA~&#/  
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。 'oNO-)p\#!  
3. 应用 5IOFSy`  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 0C<[9Dl.G8  
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。 mvW%  
`0H g y=  
应用示例详细内容 'C$XS>S  
系统参数 3uU]kD^  
wS+V]`b  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 I +5)Jau^S  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 uY_SU-v  
R2etB*k6[  
B!{d-gb  
m42T9wSsx  
2. 系统参数 G CRz<)1  
f:*vr['d  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 Sw^X2$h  
!f>d_RG  
a8u9aEB  
:.(;<b<\  
3. 说明：平面波(参考) ?1L
.:CS  
GWsE;  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 bn 6WjJ~Z+  
^Jb H?  
c,so`I3rI  
1}hIW":3Sr  
4. 说明：双线钠灯光源 UT~a&u  
s &Dg8$  
A[G0 .>Wk  
 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。 |r ue=QZ  
 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)。 O/:UJ( e{  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 tH=
P6vY  
^@P1 JNe  
XxHx:
mi  
2._X|~0a  
5. 说明：抛物反射镜 "G>3QL+O|  
RMO,ZVq  
86@c't@  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 U$oduY#  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 jq'!UN{  
B1]bRxwn?  
80A.<=(=.  
Y|8vO  
gTRF^knrY  
aA7=q=  
6. 说明：闪耀光栅 L 
lqM c  
6y%0`!  
E{6~oZ#L  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 yH][(o=2  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 }@if6(0  
f7Ul(D:j\  
zMIT}$L  
+cb6??H  
tx?dIy;  
No2b"G@  
7. Czerny-Turner 测量原理 :Hxv6  
rD>*j~_+P  
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。 @FdSFQ/9  
c1X1+b,  
JNcYJ[wqv  
Q)"A-"y  
XMG]Wf^%\<  
8. 光栅衍射效率 )M2F4[vcb  
Bc3:}+l  
Y8flrM2CwG  
 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。 UMX@7a,[3  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 \EseGgd21  
 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) Vh>Z,()>>@  
bLt.O(T}  
mN8pg4  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd P2Vg4   
fNGZo  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 `y+tf?QN  
Ov<NsNX]  
9@+5LZR  
F;^F+H  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 `~eUee3b.~  
|7x\m t  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 F5S@I;   
gv5*!eI  
^n0]dizB  
Sna4wkbS  
 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)。 \W1/p`  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 uslQ*7S[^  
K\|FQ^#UYm  
应用示例详细内容 6;b~Ht  
;;&}5jc
V  
仿真&结果 sVex (X  
v+99 -.  
1. 结果：利用光线追迹分析 y(K" -?  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 (h:Rh  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Jaz?Ys|S  
Y3Q9=u*5  
utr:J  
=*Bl|;>6  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd )=Jk@yj8x  
v0L\0&+  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Ewg:HX7<(  
 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)。 ->N8#XH2=  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， NO :a;  
{z|;Xi::"  
 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。 O$c
HZs$  
$tl\UH7%2  
* RtgC/  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ?,/U^rf^4  
3do)Vg4  
3. 衍射效率的评估 Ha)ANAD  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 TsTPj8GAl[  
bV"G~3COy  
4
bgqg0z>  
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。 QE7V. >J_p  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd [n}T|<  
u(G*\<z-  
4. 结果：衍射级次的重叠 9?k_y ZV  
 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。 c [5KG}  
 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)。 2it?$8#i  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 t45Z@hmcW  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) &iV{:)L  
 光栅方程： jVq(?Gc  
x#:| }pR  
"Iix )Ue  
H*r
>Y  
7VP32Eh[  
5. 结果：光谱分辨率 [<KM?\"1<  
9+pmS#>_  
eY e,r  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run e
dPUG N  
yxc=Z0~1  
6. 结果：分辨钠的双波段 t]e;;q=L.  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 fj&i63?e  
   h;0S%ZC  
,GgAsj
: K  
'PP#^aI,  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 e#k<d-sf6  
wm^J;<T[  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run |n] d34E  
nWHa.H#  
7. 总结 FLY Ca  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 n..g~$k  
1. 仿真 Y3=_ec3w  
以光线追迹对单色仪核校。 LlSZr)X  
2. 研究 OD_W8!-  
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。 }C|dyyr  
3. 应用 9`9R!=NM  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 !3ctB3eJ  
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-Htb-  
扩展阅读 [VWUqlNt>  
1. 扩展阅读 ^53r/V}%  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 x@Hc@R<!  
3@]SKfoo1  
 开始视频 LWt&3  
- 光路图介绍 {+@bZ}57  
- 参数运行介绍 b2FO$Os  
- 参数优化介绍 Ft!],n-n*  
 其他测量系统示例： yR\btx|e5~  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ny54XjtG,  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) RG4sQ0
 
cSm%s  
dYgXtl=#j  
QQ：2987619807 _x5 3g A  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习