[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) :z$+leNH\  
9A}y^=!`  
应用示例简述 _cJ\A0h^  
Ev48
|X6  
1.系统说明 aDE}'d1qo  
<u  
 光源 VY0-18 o  
— 平面波(单色)用作参考光源 nrM-\'  
— 钠灯(具有钠的双重特性) j3>&Su>H4  
 组件 &@qB6!^  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 uFOYyrESc  
 探测器 CZ(fP86e  
— 功率 Tcq@Q$H  
— 视觉评估 Cn>t"#zs!~  
 建模/设计 /8P7L'Rb  
— 光线追迹：初始系统概览 u#3Cst8Y  
— 几何场追迹+(GFT+)： ETfoL.d$(  
 窄带单色仪系统的仿真 xI~c~KC  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 @X_)%Y-^O  
`<% w4E  
2.系统说明 ,LL=b-Es  
\r&(l1R  
[Fr <tKtB  
X\BdN Hr  
3.系统参数 GEki34 n0  
 f^[m~  
Nh6!h%  
0EC/l OS  
yeV|j\TJI.  
4.建模/设计结果 rP}0B/  
U^OR\=G^  
YRj"]= 5N  
P_M!h~  
总结 ) =|8%IrB  
@%6"xnb`  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 S#\Cyn2(t  
1. 仿真 +^%
0/0e  
以光线追迹对单色仪核校。 z>spRl,dr  
2. 研究 =Unu>p}2V  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 0|(6q=QK  
3. 应用 p{w;y6e  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 @DyMq3Gt?&  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 wd Di5-A4  
+)7h)uq  
应用示例详细内容 TZ PUVOtL_  
系统参数  e:6mz\J  
=5g|7grQ:`  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 l,j0n0h.  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 9NqZ&S  
!]P=v`B.  
,L8(Vo`-  
<J^94-[CF  
2. 系统参数 :tLMh08h  
;-kg3fGB1Q  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 `W4Is~VVv  
h ?+vH{}j  
<&}N[  
qWI8 >my11  
3. 说明：平面波(参考) r5uX?^mJ0  
FX/f0C3CK  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 e]smnf  
3n1 >+8  
V"|j Dnn5  
<GoZ>  
4. 说明：双线钠灯光源 nkz^^q`5l7  
m?`$NJST  
p4lB#  
 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。 a8Z{-=)  
 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)。 IPlkv{^  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 NQ\<~a`Eq  
{7 nz:f  
o>\epQt~/p  
Gv6#LcF#  
5. 说明：抛物反射镜 hu-6V="^9  
O)}5`0@L  
Iz I hC  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ef -PlGn  
 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。 bcFZ~B  
?rgtbiSW-  
nnMRp7LQ-  
`HsI)RmX  
A)u,Hvn  
e>$E67h<~  
6. 说明：闪耀光栅 Y/G~P,9  
+L#Q3}=s  
7By&cdl  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 !a9/8U_>XF  
 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 ~*ll,<L:  
SR {KL#NC  
}%k3  
}e&Z"H |  
hxsW9  
+ Scw;gO  
7. Czerny-Turner 测量原理 66Xo3o  
UoKXo*W2  
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。 ,c[f/sT\  
N(L?F):fT  
X##hSGQM  
UWq[K&vQZ  
$rmfE  
8. 光栅衍射效率 ]jwF[D  
PkxhR;4  
"9yQDS:  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 f;%\4TH?  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 Y` tB5P  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) l*<RKY8  
Fs;_z9ej-u  
:/FT>UCL  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ?ZT+4U00U  
^`oyf{w@  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 wx)Yl1C  
63y&MaqSJ  
D$G:#z*  
=$awUy  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 &\/p5RX  
\Dr?}D  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Kq2,J&Ca3  
o<8=@ ^T  
MLn\b0  
$&[}+??  
 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)。 fs wQ*  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 XKepk? E  
O#S27.  
应用示例详细内容 pcjb;&<  
V.Ki$0
>  
仿真&结果 W=@]
YI  
\dw*yZ^  
1. 结果：利用光线追迹分析 )Y@mL/_  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 [`Dv#  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 .l(t\BfE~  
"OO"Ab{t  
c@~j}(A  
^+zhzfJ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd p8a\> {  
1lLL9l{UVw  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ([a[fi  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 Pf?y!dK<  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Y]gb`z$?  
9>na3ISh  
 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。 ]Uee!-dZ  
?A7_&=J%  
|VRzIA4M\  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms S.X*)CBB  
7Ta",S@m  
3. 衍射效率的评估 szx7CP`<8  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 vkQkU,q  
jk'.G
z  
G 0;5I_D/  
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。 dJ}E,rW}  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd A$]&j5nh|  
lYq4f|5H}m  
4. 结果：衍射级次的重叠 Z U^dLN-N  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 <_~>YJ  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 io{uN/!X_J  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 1^4z/<ZWm  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级)
 8DsXw@o  
 光栅方程： D-<9kBZs  
0+P<
1ui  
U,wJ8  
ZH<:YOQ  
7jL3mI;n%;  
5. 结果：光谱分辨率 . w_oWmD  
q`8M9-~  
DZI:zsf;5Q  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run v9qgfdBS5  
r-
];
@  
6. 结果：分辨钠的双波段 TsB"<6@!AA  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 |_^A$Hv  
   >5Rcj(-&l  
,@1.&!F4it  
~
;*SW[4  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 0*F{=X~L  
SCZ6:P"$qX  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run t<|S7EqIL  
23AMrDF=N  
7. 总结 [o0Z;}fU  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 g5 J[ut  
1. 仿真 ,r-l^I3<  
以光线追迹对单色仪核校。 } :@s  
2. 研究 Q8kdX6NMd&  
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。 K2u$1OKv  
3. 应用 A@kp`-  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 eKq`t.*Ft  
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。 F(w  
扩展阅读 lbCTc,xT  
1. 扩展阅读 T7!"gJ  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 f;u<r?>
Z  
.
1[[Y}  
 开始视频 ,(6U3W*bu  
- 光路图介绍 IU8/B+hM~  
- 参数运行介绍 i8\&J.  
- 参数优化介绍 cnUYhxE+s  
 其他测量系统示例： H|1owmbD  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) fg
mIx  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ptrQ~m-  
19u'{/Y"  
rl0sN5n  
QQ：2987619807 <9]9;  

楼上你有图中的仿真文件么

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