[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) a,b;H(em  
d/!sHr69  
应用示例简述 gdT3,8`#[  
Ir|Q2$W2^c  
1.系统说明 D|/Azy.[  
<mjH#aSy  
 光源 \:mx Ri  
— 平面波(单色)用作参考光源 5V!L~#  
— 钠灯(具有钠的双重特性) Z#BwJHh  
 组件 %H75u
6  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 l
EIX,amwa  
 探测器 &Y%Kr`.h  
— 功率 pN6!IxN$  
— 视觉评估 -sm{Hpf_b  
 建模/设计 SL" ;\[uI  
— 光线追迹：初始系统概览 58,_  
— 几何场追迹+(GFT+)： 5Al59]  
 窄带单色仪系统的仿真 M7^PWC  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 6e&Y%O'8  
Ap9CQ h=!  
2.系统说明 zB/$*Hd  
';us;x
R#  
>DVjO9Kf  
3GUO  
3.系统参数 k<wX??'  
85Zy0l  
`An|a~G1  
wcUf?`21,  
7\@[e, ^9  
4.建模/设计结果 dy N`9  
fT [JU1  
mj=$[y(  
Yf&x]<rkCp  
总结 '<5Gf1 @|  
^eQK.B(  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 @;2,TY>Di  
1. 仿真 J7W]Str  
以光线追迹对单色仪核校。 <\eHK[_*  
2. 研究 mG@xehH  
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。 vS%o>"P  
3. 应用 jjL(=n<J<"  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ?VS(W  
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。 9$8B)x  
-twV?~f  
应用示例详细内容 ;V`e%9.  
系统参数 'qwFVP  
|_/q0#"  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 Zy _A3m{  
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。 RX}6H<5R  
DcaVT]"  
Ic/D!J{Y  
`VY -3  
2. 系统参数 }D/0&<1  
.P+om<~B  
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。 |S[Gg  
RhIRCN9  
H(9%SP@[c  
<x@brXA  
3. 说明：平面波(参考) +#7e?B  
ukb2[mb*u  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 'AU(WHf  
\)'s6>58|  
~6L\9B)  
Q$Qs$  
4. 说明：双线钠灯光源 iV;X``S  
5D
9I;L{  
kaf4GME]  
 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。 SVWtKc<  
 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)。 !PJD+SrG  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 >utm\!Gac  

*-"DZ  
C1_':-4  
[F{q.mZj  
5. 说明：抛物反射镜 gBb+Q,  
|pxM8g1w  
? hU0S  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ovJwor  
 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。 5/4N
Y  
0.C[/u[  
$?RxmWsP  
V("@z<b|  
kSj,Pl\NC  
[)UL}vAO\q  
6. 说明：闪耀光栅 e]F4w(*=  
:4RD.l  
pv);LjF  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 x&>zD0\ :\  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 | LdDL953  
5#kN<S!  
<Vucr   
%GS^=Qr  
n
v>|,&;  
B>sSl1opI  
7. Czerny-Turner 测量原理 _"Yi>.{]  
?t<yk(q  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 %%`Q5I  
&("HH"!  
%6Wv-:LY  
AmYqrmJ  
rC )pCC  
8. 光栅衍射效率 O#Y;s;)i"  
@BCws)  
W~(4t:hp  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 2}:{}pw  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 peW4J<,  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) 6aC'\8{h  
,m ^q>  
D|m]]B  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd <_XyHb-  
YI[y/~!  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 EVs.'Xg<  
z*,P^K 0T  
?+6w8j%\  
c*F'x-TH  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ,EhQTVJ  
l6o?(!:!%  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 mx\b6w7  
f0 iYP   
%&EDh2w>  
q]PeS~PjF\  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 vm,/?]P  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 79}voDFd  
E1'| ;}/  
应用示例详细内容 7,vvL8\NHu  
::'DWD1  
仿真&结果 2@!Ou$W  
!{On_>`,  
1. 结果：利用光线追迹分析 t4HDt\}&k~  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 kFCjko  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 @log=^  
$~ 6Y\O  
Um4$. BKD  
BEU^,r3z  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd >b^|SL  
c:;m BS>
~  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 c{7<z9U  
 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)。 <\0+*`">g  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度，
2
4)Sf  
mC
-'z  
 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。 "v%|&@  
6:PQkr  
~lg1S  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms z'iAj  
pS [nKcyj  
3. 衍射效率的评估 "0BuQ{CQ  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 8|9JJ<G7  
zp
PzXQv]/  
Kterp%J?  
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。 s>d /9 b  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd iEe<+Eyns  
;0R|#9oX_  
4. 结果：衍射级次的重叠 s#f6qj  
 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。 <W$Ig@4[.d  
 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)。 KDt@Xi6||  
 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。 4JOw@/nE  
 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) D4';QCwo  
 光栅方程： .W[[Z;D  
nMz~.^Q-  
]g}Tqf/N%  
+i %,+3#6  
m\h. sg&  
5. 结果：光谱分辨率 F0&BEJBkU  
^M51@sXI7  
K9-?7X  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run dV~yIxD}C*  
KN41kkN  
6. 结果：分辨钠的双波段 fi/[(RBG  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 47(/K2  
   +x?_\?&Ks  
}Y{aVn&C  
\QpH~&QIS  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 N s
UFM
 
NZj_7j|o9  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ue YBD]3'  
GQU9UXe  
7. 总结 MV+S.`R  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 >_ )~
"Ra  
1. 仿真 Y~R['u,  
以光线追迹对单色仪核校。 n\U3f M>N  
2. 研究 GpW
5)a  
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。 Obd};&6Q  
3. 应用 U}r^M( s!  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 8Gw0;Uu8D  
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。 O@n1E'S/  
扩展阅读 y)5U*\b  
1. 扩展阅读 M*& tVG  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 =*ZQGM3w  
c5jd q[0  
 开始视频 d8Keyi8[  
- 光路图介绍 ,g2oqq ?  
- 参数运行介绍 ^p'iX4M  
- 参数优化介绍 upD2vtU  
 其他测量系统示例： =z=$S]qN  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) (3H'!P7|~  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 3,7SGt r  
dc ]+1 A  
^t|CD|,K_O  
QQ：2987619807 `#X\@?'5  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习