[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) Hq0O!Zv  
!+Zso&  
应用示例简述 3}x6IM2  
XEb+Z7L1  
1.系统说明 t6! B  
qLk7C0  
 光源 H5/w!y@  
— 平面波(单色)用作参考光源 ,'a[1RN  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ROj9#:  
 组件 y2:Bv2}  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ,%$Cfu  
 探测器 Bs';!,=  
— 功率 IvJ5J&!  
— 视觉评估 ~09kIO)  
 建模/设计 ^y2}C$1V
 
— 光线追迹：初始系统概览 '=1@,Skj-  
— 几何场追迹+(GFT+)： =0mXTY1  
 窄带单色仪系统的仿真 R/ 3#(5  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 mExJ--}  
2,e>gP\]  
2.系统说明 c'uDK>  
WlRaD%Q  
gbu@&  
Mk|*=#e;  
3.系统参数 wOrpp3I  
x4[ Fn3JL  
(tzfyZ M  
of0hJR  
31{)~8  
4.建模/设计结果 ?RU_SCp-  
XE
?,)8  
d;E (^l  
<c]?  
总结 =`MMB|{6  
_2rxDd1#.  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 e*hCf5=-  
1. 仿真 l4Qv$  
以光线追迹对单色仪核校。 $X]Z-RCK3  
2. 研究 e<-^  
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。 m}GEx)Y D  
3. 应用 PLs(+>H  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 BTa#}LBZ+  
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。 -A)/CFIZ  
#b+>O+vx8  
应用示例详细内容 dY'>'1>P 9  
系统参数 QI{<q<  
oxJ#NGD  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 c*Q6k<SKR  
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。 EV|L~^Q  
.MI 5?]_  
8e}8@[h  
:B1a2Y^"  
2. 系统参数 [Ontip  
^9 {r2d&c  
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。 P(Z\y^S  
q-4#)EnW  
?J's>q^X  
9Lqo^+0)\  
3. 说明：平面波(参考) xqLIs:*  
x(bM   
 采用单色平面光源用于计算和测试。 &ZAc3@l[c  
<7yn:  
g%2twq_  
AW
/)R"+  
4. 说明：双线钠灯光源 .p /VRlLU  
V|G
[j\]E<  
n8 e4`-cY  
 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\U1XXyUY  
 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)。 g@IYD  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 o>oZh1/\T,  
@ )m9#F  
UCS`09KNJ  
i*ji   
5. 说明：抛物反射镜 8`;3`lZ  
A3mSSc6  
dX;G[\  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 hP26Bb1  
 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。 }*R.>jQ+Y  
n9r3CLb[  
S[L2
vM)  
{#J1D*?
$"  
>W?7a:#,  
/S\y-M9  
6. 说明：闪耀光栅
i"U<=~  
"Go)t+-  
@AAkEWo)_  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 *'hvYl/?>  
 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 =OU]<%  
ZeP3 Yjr3  
DsH`I%w{  
7z4u?>pne*  
{;j@-=pV  
sKuPV
  
7. Czerny-Turner 测量原理 +jpC%o}C  
I6,sN9` K  
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。 Zfn390_  
.3*VkAs  
&+>)H$5  
20p/p~<  
[Q*aJLG  
8. 光栅衍射效率 k7ODQ(*v  
3O!TVSo  
FWzf8*^  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 l\Or.I7n  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 Z,bvD'u  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) 9XPQ1LSx  
%*wOJx  
KV$J*B Y  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 0kB!EJ<OdG  
ljo^ 2  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 H<6/i@ly  
UCP4w@C  
Cq,hzi-  
CF k^(V"  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 l TJqWSV=f  
DG $._  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 !.ot&EbE
 
wf8GH}2A  
'hM?
J*m  
uKZe"wN;  
 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)。 I=3e@aTZ,  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 !B_?_ a  
fC4D#  
应用示例详细内容 Z 7M%}V%  
Oy!j`  
仿真&结果 hA81(JWG  
@#%rTKD9F  
1. 结果：利用光线追迹分析 >r"~t70C~]  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ?"no~(EB  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ]'UO]i/  
y
EfV8aY'*  
6QOdd6_d  
3eg<)  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd _ .%\czO  
aQEMCWxZ  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Svmyg]  
 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)。 2\z
"6  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Eqg(U0k0  
RJ_ratKN*g  
 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。 M_2[Wypw  
'`Smg3T!~S  
X]Emz"   
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms :fr2K  
`1NxS35u  
3. 衍射效率的评估 Hize m!  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 O]n"aAu@  
lq$1CI  
3d.JV'C'c  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 IA|V^Wmt;  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd In0kP"  
FV/X&u8~  
4. 结果：衍射级次的重叠 %3i/PIN  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 _gY so]S^B  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 &DFe+y~PR  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 ?'K}bmdt}.  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 6$>m s6g%  
 光栅方程： l|ZwZix
 
ZbYwuyHk(3  
2k[i7Rl \c  
\>j._#t$h  
| %af}# FQ  
5. 结果：光谱分辨率 I'o9.B8%#  
S zOB{  
Fz16m7.  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run DFs J}` $  
r6Z&i^cMe  
6. 结果：分辨钠的双波段 &G@*/2A  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ^6+P&MxM  
   jz|zq\Eek  
9oP8| <+  
*&B*/HAN  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 e+=Ojo#  
 `-4c}T  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run $6:j3ZTXrt  
ASAz<H$  
7. 总结 K$Y!d"D  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 f&(u
[W  
1. 仿真 b^PYA_k-Xn  
以光线追迹对单色仪核校。 E`>-+~ZUsk  
2. 研究
Nm<3bd  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 q+t*3;X.  
3. 应用 KS'? DO  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 T"t3e=xA  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 6@!<'l%z  
扩展阅读 c\.4I4uy  
1. 扩展阅读 [e ;K$  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 _p7c<$;  
FgRlxz  
 开始视频 B{QY-F~  
- 光路图介绍 v4(!~S  
- 参数运行介绍 !yH&l6s  
- 参数优化介绍 uKh),@JV  
 其他测量系统示例： c3!d4mC:  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ,a< !d  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) b}o^ ?NtA  
uI-te~]  
E<'3?(D9hL  
QQ：2987619807 (ui"vLk8PP  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习