[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) 9J2NH|]c  
 z62;cv  
应用示例简述 ^y<<>Y'I  
VT\F]Oa#  
1.系统说明 H<PtAYFS  
r2,.abo  
 光源 :qd`zG3  
— 平面波(单色)用作参考光源 bAx-"Lu  
— 钠灯(具有钠的双重特性) oY933i@l)P  
 组件 K/|Z$4S  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 FG.em  
 探测器 Q
$zO83  
— 功率 aWR}R>E  
— 视觉评估 Hl{S]]z  
 建模/设计 *GL/aEI<$  
— 光线追迹：初始系统概览 KbA?7^zo`  
— 几何场追迹+(GFT+)： hpO`]  
 窄带单色仪系统的仿真 "eB$k40-  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 tFp Ygff<  
e&&53?  
2.系统说明 Bu#VMkchJ  
P\1L7%*lU  
]&lY%"U$i  
NQJq6S4@  
3.系统参数 ~a ]+#D  
^")Q YE  
< t,zaIi  
>n'o*gZM  
old(i:2  
4.建模/设计结果 J  IUx  
pKpUXfQu  
,-8"R`UI8  
n\*!CXc  
总结 E&2OD [iX  
Ya3C#=  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 I|
gB@|_~  
1. 仿真 J}v}~Cv  
以光线追迹对单色仪核校。 J&W)(Cf  
2. 研究 aX)I3^ar  
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。 >=:&D)m"  
3. 应用 ^c-  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 <
$J>9k  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 v%+:/m1  
D$ dfNiCH  
应用示例详细内容 RP[{4Q8  
系统参数 e2s]{obf  
+6HVhoxU#  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 ^o3"#r{:+  
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。 RJ 8+h  
Z}mLLf E  
3x{t(  
+ jc!5i .  
2. 系统参数 \2N!:%k  
BTGvN%  
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。 $q6BP'7  
8i>ZY  
A9I{2qW9+Z  
uwzvbgup?  
3. 说明：平面波(参考) xjfV?B'Y}V  
DFZkh^PFd  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 {XR6>
]  
qE&v ;  
@XLy7_}  
t<#mP@Mz=N  
4. 说明：双线钠灯光源 #hfXZVD  
*X'Y$x>f  
F U_jGwD  
 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。 }zkHJxZgE  
 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)。 $$|rrG  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 7Ri46Tkt  
'&x#rjo#  
sqEI4~514  
R;s?$;I  
5. 说明：抛物反射镜 h`KFL/fT  
2|3)S`WZl  
~ELNyI11  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 _ky,;9G]  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 LJd5;so-  
E7t+E)=8  
FQu8vwV6>  
o3Yb7h9  
wQqb`l7+  
Yw4n-0g  
6. 说明：闪耀光栅 ?5C!<3gM)  
rID#`:Hl-|  
HJLu'KY}  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 +o\:d1y  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 ?k]2*}bz  
fsJ9bQm/  
K(q
+ "  
nxUJN1b!N  
mw_~*Nc'9  
^T*?>%`  
7. Czerny-Turner 测量原理 /(u}KMR!f  
Ov5"  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 'FqQzx"r  
i!J8 d"  
UJD 0K]s  
5:pM4J  
/xsF90c\h  
8. 光栅衍射效率 "S8uoSF`>  
o|>'h$  
kE:nsXI )  
 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。 [b6R%  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 &M46&^Jho  
 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) M9!HQ   
C<NLE-  
.:@Ykdm4I  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd W#^2#sjO  
K~c=M",mW  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置  3L<wQ(  
1;C+$  
G/b^|;41  
lpQSu
p  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 hlV=qfc  

LCZ\4g05  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 5]NqRI^0  
tX5"UQA  
W=j[V Oq  
BcL{se9<  
 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)。 k_sg ?(-!o  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 wLi4G@jJ  
5"CZh.J  
应用示例详细内容 E0Y-7&Fv  
mkYqpD7  
仿真&结果 y+X2Pl  
(pY 7J  
1. 结果：利用光线追迹分析 '?!zG{x  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 YUx.BZf7  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 gYNjzew'  
lt ^GvWg  
a2dnbfSWa[  
/q<__N  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd :# .<[  
,VCyG:dw  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Rtb7|  
 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)。 lhYe;b(  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， %6t2ohO"  
UELy"z R  
 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。 ]ro*G"-_1#  
d*jMZ%@uS  
qCljo5Tq'  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms j<Bkj/  
wCr(D>iM  
3. 衍射效率的评估 hM;lp1l  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 |_] Q$q[[%  
PMNjn9d  
ox(j^x]NC  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 pk^K:Xs}  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd o$#G0}yn  
/DK"QV!]s  
4. 结果：衍射级次的重叠 &7`^i.fh)  
 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。 X.Rb-@  
 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)。 e4!:c^?  
 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。 UaWl6 Y&Vu  
 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) i>D.!x  
 光栅方程： lBK}VU^  
;%<,IdhN  
]~aF2LJ_q  
L;*ljZ^c  
{4G%:09~J  
5. 结果：光谱分辨率 G_0(
|%  
>+JqA7K  
n@C[@?D  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run tKuVQH~D  
oXb;w@:  
6. 结果：分辨钠的双波段 M-1ngI0
H;  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 EK;YiJ  
   l8I /0`_  
G&i!Hs  
8zRP(+&W  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 9fhsIe  
PmKeF}  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run np8gKVD  
\HKxh:F'  
7. 总结 ,cB\  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 P{wF"vf  
1. 仿真 TygW0b 1  
以光线追迹对单色仪核校。 LcUh;=r}&  
2. 研究 g;2?F[8Th  
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。 \#Pfj&*  
3. 应用 Pb1*\+  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 hWD;jR  
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。 swM*k;$q{  
扩展阅读 w8MG(Lq1"  
1. 扩展阅读 I aGq]z  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 jN[`L%Qm  
\.-}adKg  
 开始视频 ldiD2 Q  
- 光路图介绍 )iYxt:(,  
- 参数运行介绍 {u#;?u=|  
- 参数优化介绍 ~]nSSD)\  
 其他测量系统示例： CIb2J)qev  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 1][4.}?F[  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) KwPOO{4]g  
^Wt*  
VU&7P/\f%  
QQ：2987619807 @\f^0^G  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习