[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) ]

@SU4  
Isovwd  
应用示例简述 Qg0vG]  
>IR$e=5$  
1.系统说明 
B4O6>'  

2q%K)h  
 光源 9NWloK6bT  
— 平面波(单色)用作参考光源 )o8g=7Jm  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ;aK.%-s-Z  
 组件 VjTe4$ *  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 j 0 Y  
 探测器 Ko}2%4on  
— 功率 8Inx/>eOI  
— 视觉评估
F14(;'Az  
 建模/设计 KzkgWMM  
— 光线追迹：初始系统概览 >
%c*Xe  
— 几何场追迹+(GFT+)： k,X74D+  
 窄带单色仪系统的仿真 Lp~^*j(  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 M7VID6J.  
~|R[O^9B  
2.系统说明 p^8JLC  
?`A9(#ySM  
\Hs|$   
Rq
GVp?   
3.系统参数 1D$::{h  
GEtbs+[  
[EGx
  
]xR4->eix  
H'h#wV`(  
4.建模/设计结果 m;h<"]<  
n4>cERfa  
QV/";A3k  
u&SZlkf6%  
总结 Xb+3Xn0}&8  
S$K}v,8.sr  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 hrT%XJl  
1. 仿真 C|$L6n>DR6  
以光线追迹对单色仪核校。 p1 4d,}4W  
2. 研究 a)S(p1BGg  
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。 u0BMyH  
3. 应用 .\)k+ R  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 S*rO0s:  
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。 c `ud;lI  
Q)+Y}  
应用示例详细内容 0h:G4  
系统参数 /=trj5h  
k<,u0  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 !3HsI|$<G  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 3q CHh  
od(:Y(4  
<p)Z/  
RnSm]}?  
2. 系统参数 w^U}|h"  
C1D ! V:  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 Ivjw<XP6K  
(h|ch#  
TC@bL<1  
V*~423  
3. 说明：平面波(参考) a6qwL4  
m8u=u4z("  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 |f3U%2@  
3/l\ <{  
_^b@>C>O  
W'V@  
4. 说明：双线钠灯光源 7y;u} 1  
WzlS^bZ  
K@*rVor{  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 DH/L`$  
 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)。  *0-v!\{  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 W8x[3,gT  
IyT?-R  
Y!;gQeC  
Fj,
(_^  
5. 说明：抛物反射镜 L=,Y1nO:p  
*i%.{ YH  
mw ?{LT  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 IJldN6&\q  
 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。 QQT G9s  
||`qIElAW,  
bSY;[{Kl  
?LR"hZ>  
\U Ax(;  
{f&NStiB  
6. 说明：闪耀光栅 Et)920  
T6,V  
tnN'V  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 t18UDR{  
 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 ,;7`{Nab  
)>?! xx_`  
D9,e
3.?p  
w[e0wh`.  
9e-*JYF]C  
jT{f<P0  
7. Czerny-Turner 测量原理 tK*%8I\s  
UBL(Nr  
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。 v3?kFd7%H~  
c%jsu"  

6aRGG+H  
{3.*7gnY\L  
DL %S(l  
8. 光栅衍射效率 mMV2h|W   
DgC3> yL  
yLjV[qP  
 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。 Y+!Ouc!$  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 k\nH&nb  
 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) -QN1oK@\mE  
/tG5!l  
*Yj~]E0`1  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd nt drXg  
Xg,0/P~  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 W]Y@WKeT  
(W7;}gysh  
\C!%IR  
u82h6s<'W  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 iJ,M-GHK  
dFdlB`L  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 >_&~!Y.Z=  
1RCXc>}/  
a3Z:C!|O'  
mfu*o0   
 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)。 ?@
3#c  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 @c6"RHG9  
I/mvQxp  
应用示例详细内容 j#7wyi5q  
i:V0fBR[>  
仿真&结果 "kcpA#uD|  
u+I3IdU3  
1. 结果：利用光线追迹分析 BPwI8\V  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 XC*uz  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 NS7@8 #C  
+R2^* *<  
M4zX*&w.T  
N8,EI^W8Z  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd S9$o  
->#y(}  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ]jHgo](%  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 R2Twm!1  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， aEcktg6h  
Q mb[ e>  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 aeG#: Ln+{  
2>!_B\%)H  
1bV2  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms _ff=B  
a/`c ef  
3. 衍射效率的评估 <bEN8b  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 g0^~J2sDd  
mA
&RN"+V  
hg[l{)Q  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 tU+@1~ ~  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd r4;5b s6wm  
9F2P(aS  
4. 结果：衍射级次的重叠 4q\.I+r^  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 v+xgxQGYH  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ,H.(\p_N  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 ]I{qp~^#n  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) %k/ k]:s  
 光栅方程： i1b4 J  
1$='`@8I  
r[.zLXgK  

Z:\;R{D  
5?V?  
5. 结果：光谱分辨率 Nb^
zkg  
c[wQJc  
#,f}lV,&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run p?dGZ2` [I  
p/\$P=  
6. 结果：分辨钠的双波段 6. +[ z  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 pm'@2dT  
   TEaD-mY3  
HI"!n$p  
"TBQNWZ  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 33#7U+~]@  
6e$sA (a=i  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run -V;0_Nx7p  
8
8tFB  
7. 总结 ,xtKPA  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 :$SRG^7md  
1. 仿真 w8m8r`h  
以光线追迹对单色仪核校。 *j_fG$10g  
2. 研究 &xGfkCP.]  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 T3u5al  
3. 应用 Y{Y;EY4  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 cXLV"d  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 "
Cyo<|  
扩展阅读 @yU!sE:  
1. 扩展阅读 H y.3ccZ0  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 0@sr NuW  
\p>]G[g  
 开始视频 7"a`-]Ap  
- 光路图介绍 !^>LOH>j  
- 参数运行介绍 #q~3c;ec  
- 参数优化介绍 1c<CEq:?e%  
 其他测量系统示例： .yK\
&q[<  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) @n~>j&Kp  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) wZ]BY;  
Oi kU$
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Q !RVD*(  
QQ：2987619807 lJ2|jFY9  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习