[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) tC&Xm}:  
dM)fr  
应用示例简述 xH0Bk<`V:  
TE/2}XG)  
1.系统说明 h0!j;fn  
mu(S9  
 光源 I6UZ_H'E  
— 平面波(单色)用作参考光源 mu*wX'.'  
— 钠灯(具有钠的双重特性) s%Z3Zj(,8(  
 组件 b"J(u|Du`  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 om(#P5cSM;  
 探测器 btee;3`  
— 功率 %'P58  
— 视觉评估 +Q{jV^IT9  
 建模/设计 [scPs,5Y  
— 光线追迹：初始系统概览 K[sfsWQ.  
— 几何场追迹+(GFT+)： h><;TAp  
 窄带单色仪系统的仿真 \KG{ 11  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Qf"gH<vT  
R+5x:mpHy  
2.系统说明 X(/W|RY{@  
s+4G`mq>*  
%H:!/'45  
X)Kd'6zg  
3.系统参数 ' e-FJ')|  
>Z/,DIn,I
 
M6?*\9E  
XI pXP,Yy  
(fq>P1-  
4.建模/设计结果 ~6R| a  
$g*|h G/{  
CFVe0!\  
I'C{=?  
总结 gXG1w>  
}F-WOQ  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ms<?BgCSz  
1. 仿真 RTSg=   
以光线追迹对单色仪核校。 Hl]3F^{  
2. 研究 1Ocyrn  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 bA1uh]oB  
3. 应用 %3Y&
D]  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 .aF+>#V=Q  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 V\Rbnvq  
;/$zBr`'  
应用示例详细内容 ]^"*Fdn  
系统参数 \6*3&p  
+oeO0  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 S.BM/M  
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。 \DpXs[1  
~c+0SuJ  
/9;)zI  
R
j1Z  
2. 系统参数 x?T/=C  
G!@tW`HO  
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。 Wn<3|`c  
](:aDHa  
<1>\?$)D  
crUt8L-B4  
3. 说明：平面波(参考) e!Y:UB2 7u  
/wVrr%SN  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 j$a,93P5  
B$sB1M0q  
NFv9%$l-  
6;k#|-GU&  
4. 说明：双线钠灯光源 \2@OS6LUe  
Y;4nIWe JL  
k?KKb /&b  
 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。 4l560Fb'U  
 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)。 '3 5w(  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 r1]shb%J?  
D^$Nn*i;U  
H0_hQ:K   
+2!F6"hP  
5. 说明：抛物反射镜 ANZD7v6a  
y7txIe!<5  
22)2o
lU  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 UF3WpA  
 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。 $d'GCzYvZ  
T]Pp\6ff  
;JFy 8Rj  
f =B)jYI  
XO
AZ  
KFvNsqd  
6. 说明：闪耀光栅 xQT`sK+  
TU&gj1  
AtGk _tpVZ  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 @.6l^"L  
 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 B0T[[%~3M  
[/.o>R#J(  
-Xb]=Yf-  
hlWTsi4N  
u|z B\zd  
p(fYpD  
7. Czerny-Turner 测量原理 ?KDI'>"-v  
F 0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。 x|&A^hQ  
l:5x*QSX  
,Y6Me+5B  
+}@1X&v:  
L}7c{6!F7  
8. 光栅衍射效率 5B)Z@-x2  
Ze[ezu  
^NKB  
 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。 sS7r)HV&GI  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 S7vT=  
 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) $yS7
u  
EW7heIT$  
}%Dsy2:y  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd q{?Po;\D  
jr29+>  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 `'H"|WsT  
G'T/I\tB  
cPZD#";f  
o[pv.:w  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 zcnp?
%  
^dj avJ  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 }c?/-ab>  
>jMq-#*4  
D^V0kC p!F  
PZmg7N  
 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)。 Y).5(t7zaR  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ?4vf2n@  
J-yj&2  
应用示例详细内容 [9| 8p$  
$Kw)BnV  
仿真&结果 :I*G tq   
%QH "x`;  
1. 结果：利用光线追迹分析 Yz4)Q1  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 x@/ N9*  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 7.@$D;L9  
0EiURVX  
c]3% wL  
DdJ>1504  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd X=$WsfN.h  
2~<N  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Jv(9
w[  
 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)。 +s?0yH-%p  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， _EMq"
\ND  

M5DQ{d<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。 ~u|k1  
K8xwPoRL  
{nTQc2T?;  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms r#ES|  
M| r6"~i  
3. 衍射效率的评估 "#Ov!t  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ".ay
pD)W  
{hYH4a&Hb  
<5rs~  
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。 =xzDpn>f  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd -XNjyXm2  
 }NX9"}/  
4. 结果：衍射级次的重叠 c|?0iN  
 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。 "";[U  
 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)。 .u[hK  
 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。 C/AqAW1  
 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) ;\~{79c  
 光栅方程： rw>X JE  
%@JNX}Y'  
zGKDH=Yy ;  
i=
67  
5m2`$y-nb  
5. 结果：光谱分辨率 g+shz{3zvz  
={_.}   
Th1/Bxb:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 29eg.E  
&.XYI3Ab1  
6. 结果：分辨钠的双波段 o&M2POI~q  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 8w,U[
aJm  
   !&4<"wQ  
=R+z\`2  
H(f~B<7q  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 FCO5SX#-g  
Vf?+->-?{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run XP#j9CF#.  
N~I2~f  
7. 总结 pPr/r&r  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 fa#xEWaFr  
1. 仿真 ]WZ_~8  
以光线追迹对单色仪核校。 />1Ndj  
2. 研究 /JaCbT?*T  
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。
^H]q[XFR  
3. 应用 hCXSC*;  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 )Rhy^<xH  
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。 eK]g FXk  
扩展阅读 4yLC  
1. 扩展阅读 B_;W!  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 P_:A%T  
{O\>"2}m'f  
 开始视频 @ s   
- 光路图介绍 lgR;V]^YX  
- 参数运行介绍 cW+6Emh  
- 参数优化介绍 pUs:r0B  
 其他测量系统示例： (#zSVtZ  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) :^ 9sy  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) IYtM'!u  
WxNPAJ6YH  
"6.JpUf  
QQ：2987619807 Z7 \gj`  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习