[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) -e\OF3Td  
j'x@P+A  
应用示例简述 V=gu'~  
$~e55X'!+  
1.系统说明 63`5A3rii  
TO&^%d  
 光源 }wB!Bx2  
— 平面波(单色)用作参考光源 '2qbIYanh  
— 钠灯(具有钠的双重特性) r}:Dg fn  
 组件 vs^)=  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 !k<k]^Z\  
 探测器 q*K[?  
— 功率 ux8K$$$  
— 视觉评估 :x,dYJm  
 建模/设计 |w"G4J6ha  
— 光线追迹：初始系统概览 *5u3d`bW  
— 几何场追迹+(GFT+)： :*M2@  
 窄带单色仪系统的仿真 ')T*cLQ><  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 00LL&
ot  
~OMo$qt`lP  
2.系统说明 R5i xG9  
\WqC^Di  
"r=p/"4D  
$a|>>?8  
3.系统参数 $0cE iq?Hf  
QYj*|p^x  
VtzBYza  
\'r;1W  
HHerL%/   
4.建模/设计结果 4~AY: ib|  
+y_V$q$G  
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e%u[Q0  
:*vSC:q  
总结 Rzyaicj^
c  
SBaTbY0  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 y(*5qa<>  
1. 仿真 cm8co  
以光线追迹对单色仪核校。 kT%m`  
2. 研究 S\ K[l/  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 hh$i1n  
3. 应用 (tF/2cZk  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性
L'$({  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 cJ>^@pd{  
R|k!w]  
应用示例详细内容 i!G<sfL  
系统参数 T-\q3X|y/  
@nnX{$YX  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 ]M 2n%9  
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。 9 ge'Mo  
u= Ga}  
#sv:)p  
1wE`
kbC<  
2. 系统参数 ^U^K\rq 1u  
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f#R]  
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。 BwYR"  
[f
Jxbr"  
S/yBr`  
t Kjk<  
3. 说明：平面波(参考) P@<K&S+f  
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nm  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 V0bKtg1f?-  
iA4VT,  
bWZ
oGFT  
fG<[zt\e  
4. 说明：双线钠灯光源 1`1Jn*|TI  
H:t2;Z'  
=T$2Qo8  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 BPy pA$  
 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)。 IFXnGDG$  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ?U,XyxN  
ioslarw1J  
{!t6& A  
YCBUc<)  
5. 说明：抛物反射镜 ']sIU;h3  
TrVQ]9;jWk  
(OG>=h8?  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ai)?RF  
 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。 @ 3b-  
InG<B,/
W?  
d 8z9_C-  
o6X<FE#8  
NV^n}]ci  
?osYs<k \  
6. 说明：闪耀光栅 +H_
 /  
%Gjjl*`E  
I -XkxDw  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 } d7o-  
 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 ~gEd(  
]r1Lr{7^S  
mW."lzIl  
V/8yW3]Xy  
SU4~x0  
*%dWNvN4X  
7. Czerny-Turner 测量原理 g1q%b%8T  
,oj)`?Vh  
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。 0urM@/j+  
Byns6k  
2J7JEv|  
kJ0otr2P  
1c $iW>0K  
8. 光栅衍射效率 <gSZ<T  
D]Gt=2\NG9  
":Pfi!9Wl  
 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。 !7uFH PK-  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 d\rs/ee  
 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) B=2f-o  
1L.yh U\  
QsPL^ Ny  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd SG3qNM: g  
M+\LH  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Z9lfd6MU,  
K9UWyM<(2C  
"cX*GTNi8  
nB ,&m&  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 mr`EcO0  
qo0]7m7|  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 86f/R c  
2aGK}sS6  
n]%yf9,w  
a.g:yWL\  
 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)。 ,m.IhnCV\  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Z+x`q#ZQr  
n5 jzVv  
应用示例详细内容 MXuiQ;./  
qXQ7Jg9  
仿真&结果 `@i!'h  
8Vqh1<
 
1. 结果：利用光线追迹分析 Yc1ve  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 :S{
+|4pH  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 XDq*nA8#5B  
/bv4/P  
eMDraJv@  
T>s3s5Y  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd m-!Uy$yM  
u:D,\`;)  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 p'IF2e&z  
 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)。 a;e~D 9%1  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ].<B:]:,  
Az>gaJ/_  
 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。 qU,u(El  
Wi(Ac
8uh  
u@-x3%W  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms )F) (Hg  
4>W ov  
3. 衍射效率的评估 2Fsv_t&*>  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 |Ptv)D  
R7d45Wl  
*R6Ed  
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。 DZ Q=Sinry  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd  mVuZ}`  
vmZyvJSE  
4. 结果：衍射级次的重叠 &*N;yW""f  
 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。 m|w-}s,  
 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)。 S( r Fa  
 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。 ^p433  
 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) %^$7z,>;  
 光栅方程： 4R/cN'-  
h+7THMI  
N8^AH8l  
[~<X|_LG  
XNJPf) T  
5. 结果：光谱分辨率 iFy_D  
]hL`HP  
aqk0+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ~SRK}5E  
?W(>Yefk  
6. 结果：分辨钠的双波段 D-tm'APq  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 s8/y|HN^  
   9zKrFqhNo  
[Q2"OG@Q  
"ebm3t@C  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 "NgfdLz  
Io81zA  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run xQ=sZv^M  
LzW8)<N  
7. 总结 z_^Vgb]  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 $&Ntdn  
1. 仿真 "[rChso  
以光线追迹对单色仪核校。 `"/s,"c:D  
2. 研究 \qAg]-  
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。 8AK=FX&@&  
3. 应用 8i=c|k,GL.  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 YnzhvE  
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。 %&RF;qa2xu  
扩展阅读 5mxYzu;#]  
1. 扩展阅读 axSJ:j8  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 oXef<- :  
,u1Yn}  
 开始视频 /Jjub3>Q  
- 光路图介绍 0'IV"eH2  
- 参数运行介绍 :QGd/JX$n`  
- 参数优化介绍 vjc
G F'-  
 其他测量系统示例： *,:>
EcDr  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) LK}Ih@f  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) H<|ilL'fX  
-.>b7ui  
^}+qd1r  
QQ：2987619807 *oC],4y~D  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习