[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) QxuU3#l  
K{9Vyt9,$  
应用示例简述 P(o>UDy  
C!nbl+75  
1.系统说明 zGc]*R  
z
Tl,VIa3p  
 光源 |Bv,*7i&  
— 平面波(单色)用作参考光源  ;5  
— 钠灯(具有钠的双重特性) M$Rh]3vqR  
 组件 O;&5> W,Z  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 7Bd=K=3u  
 探测器 E$A=*-u  
— 功率 D(Q]ddUi'  
— 视觉评估 ooCfr?E  
 建模/设计 mVN\  
— 光线追迹：初始系统概览 loHMQKy@  
— 几何场追迹+(GFT+)： |VjD. ]I  
 窄带单色仪系统的仿真 F7/%,vf  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Zlt,Us`  
*(XGNp[0  
2.系统说明 g&Uu~;jq]  
e2>AL  
$Y\7E/T  
&" 5Yt&{  
3.系统参数 -G'3&L4 D  
-i_XP]b&  
b/\l\\$-  
epG =)gd=8  
q0['!G%["  
4.建模/设计结果 e~9g~k]s  
E8t{[N6d  
W
&[-QM8  
(yeWArQ  
总结 Uc ; S@  
OHnsfXO_V  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 et(AO)uv6  
1. 仿真 ?k@;,l :s  
以光线追迹对单色仪核校。 &Z9rQH81f>  
2. 研究 B5R7geC  
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。 $:UD #eh0?  
3. 应用 CHjm7  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 pX$X8z%  
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。 vIZFI  
0HQTe>!  
应用示例详细内容 o{l]


n*  
系统参数 Cy)QS
{YX  
/YvwQ  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 >
7cDfv"  
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。  H =&K_  
hM=X# ;  
~jz51[{v  
RXu`DWN  
2. 系统参数 :o~]d  
; 3sjTqD  
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。 C}pQFL{B5  
Ysw&J}6e  
6JRFYgI  
g0
IvcA  
3. 说明：平面波(参考) Gq%,'amf  
*<h)q)HS  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 |eJR
3o  
vfc,{F=Q  
e)87 & 7  
S/l6c P  
4. 说明：双线钠灯光源 ?V(+Cc  
WZP1g kX&M  
;hEeFJ=/G  
 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。 zH#urF6<  
 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)。 3BF3$_u)o  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 R:f ,g2  
e nw*[D !  
b dC  
UA*Kuad  
5. 说明：抛物反射镜 mHH>qW{`  
Lzcea+*uw  
1xO-tIp/  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 7?);wh7`  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 IABF_GwF  
WYkh'sv >  
O]j<$GG!  
::-*~CH)  
mMO]l(a&  
,rNud]NM8  
6. 说明：闪耀光栅 =j{Kxnv  
jx ?"`;a  
YgjN*8w\  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 K}'?#a(aX=  
 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 MN:LL <  
\BO6.;jA  
yW"[}Lh4  
bU/YU0ZIT  
NYzBfL x  
&VG  
7. Czerny-Turner 测量原理 J6<O|ng::  
D6C h6i5$  
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。 k^zU;  
"^Y zHq6  
\l`{u)V  
e{*yV#Wl  
U~M!T#\s  
8. 光栅衍射效率 ~@T`0W-Py  
P?z
aut  
Py?Q::  
 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。 JU)k+:\a  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 $I4Wl:(~}  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) m1xR uj]  
o7eWL/1  
!fjB oK+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd wzBw5nf\  
V7cr%tY5  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 8# x7q>?  
xJA{Hws  
z<.?8bd  
g}L>k}I?!W  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 cmU>A721  
& x_ #zN]  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 !0F+qzGG7  
|IS$Om  
t+{vbS0  
b`F]oQ_*  
 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)。
~R50-O  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 hVui.]  
8pZOgh  
应用示例详细内容 9Hd_sNUu\  
2gR*]?C*  
仿真&结果 dcyHp>\)|  
4yjIR?  
1. 结果：利用光线追迹分析 8(L6I%k*  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 N,3iSH=cN[  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 [+!&iN  
8)ng> l  
*N"CV={No  
LWhPd\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 7!\zo mx  
4S[UJ%  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 s[t<2)i  
 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)。 FZLx.3k4  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， %$i}[U  
./L)BLC i  
 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。 vu#Z
Lq
 
qI${7  
kg\8 (@h]  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms j-.Y!$a%6  
u8M_2r  
3. 衍射效率的评估 0G0(g,3p  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ga(k2Q;y  
8@RtL,[d
 
sx}S,aIU  
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。 S4'<kF0z  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd c*\;!dbP  
KHgn  
4. 结果：衍射级次的重叠 iRbe$v&N  
 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。 d325Cw?  
 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)。 ._Ww  
 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。 _x|.\j  
 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) 9y<h.T
 
 光栅方程： JodD6;P  
_A])q  
Z*Gf`d:  
>P&1or)e%  
/,UnT(/k(  
5. 结果：光谱分辨率  ?r@^9  
R=F_U  
=0!j"z=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ODhq `?(N  
#V%98|"  
6. 结果：分辨钠的双波段 S(?A3 H  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Kf*Dy:e  
   %:zu68Q[  
l;L_A@B<  
:9Jy/7/  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 4^M"V5tDx  
KIag(!&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Lj9RF<39g  
&i.sSqSI5  
7. 总结 3 yy5 l!fv  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ;i'[c`  
1. 仿真 B4wRwrVI>  
以光线追迹对单色仪核校。 f'H|K+bO  
2. 研究 n|LpM.  
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。 ]bY]YNt{7]  
3. 应用 7.6L1srV  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 q!?*M?Oz  
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。 dR
nf  
扩展阅读 9 fYNSr  
1. 扩展阅读
upL3M`  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 IA({RE  
pDSNI2  
 开始视频 ii-AE L  
- 光路图介绍 
~rJG4U  
- 参数运行介绍 % hvK;B?Y|  
- 参数优化介绍 0FgF,  
 其他测量系统示例：
s&(;  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) dK4rrO  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ~IS8DW$;  
DQm%=ON7  
FutS  
QQ：2987619807 =@?[.`  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习