[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) 8n2MZ9p]  
SI"y&[iw  
应用示例简述 !8jr $  
+!6dsnr8  
1.系统说明 /$-Tg)o5i  
?7|6jTIs  
 光源 8n'"RaLQ8  
— 平面波(单色)用作参考光源 $>*TO1gb+  
— 钠灯(具有钠的双重特性) P\k5%  
 组件 ,Nk{AiiN  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 9*&RvsrX  
 探测器 m,|)$R  
— 功率 _(zPA4q8q  
— 视觉评估 %4#Q3YlyD  
 建模/设计 3v?R"2\qS  
— 光线追迹：初始系统概览  Oye:V  
— 几何场追迹+(GFT+)： ^hyY,X  
 窄带单色仪系统的仿真 >0c4C<_  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 552yzn1  
%HWebZ-yY  
2.系统说明 /&jh10}H  
9\J6G8b>|I  
*p  !F+"  
vCe]iB  
3.系统参数 p*ic@n*G  
*wu:fb2[(  
1;FtQnvH  
fBw"<J{  
8p0ZIrD%  
4.建模/设计结果 S#[w)
.7  
{1VMwANj  
!M*$pQi}  
@4FG& >kQ  
总结 ^V;h>X|  
=_)yV0  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 PN"s^]4  
1. 仿真 fC<pCdsg  
以光线追迹对单色仪核校。 z7$,m#tw  
2. 研究 IMT]!j&Y,  
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。 </B<=tc  
3. 应用 qy\Z2k  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 >JUOS2  
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。 KP*cb6vA  
41oXOB  
应用示例详细内容 ;GF+0~5>  
系统参数 F
15Yn  
zxhE9 [`*e  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 X={Z5Xxr"  
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。 wUJ>?u9  
kl+^0i  
XtP5IN\S  
2zN"*Wkn  
2. 系统参数 _7=LSf,9  
hwj:$mR  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 .d?2Kc)SV\  
57~/QEdy  
gi#g)9HG  
2M$^|j:[  
3. 说明：平面波(参考) EZ+L'  
"x~su?KiA  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 b2vCr F;  
FA7q pc  
X Z4q{^o  
glI4Jb_[  
4. 说明：双线钠灯光源 =4_Er{AT  
H$44,8,m  
W^8MsdM  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 zNRR('B?  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 jn,_Ncd#  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 W^"C|4G}  
K}a3Bj,  
LAjreC<W  
)8@|+'q  
5. 说明：抛物反射镜 Z#
znA4;)  
|SSe n#PYp  
}P*x/z~  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ic=tVs  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 IDn$w^"  
W<tw],M-#  
3Q:HzqG  
45aFH}w:  
, aJC7'(  
zbgH}6b  
6. 说明：闪耀光栅 efXiZ  
sp8P[W1a  
P,W(9&KM  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 _/[}PQC6G  
 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~
{F,)  
`JzP V/6  
155
vY  
UB2Ft=  
pSKwXx  
$az9Fmta  
7. Czerny-Turner 测量原理 L&LAh&%{2  
o~`KOe  
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。 \ Dccf_(Pb  
cP2n,>:  
p:?h)'bA<  
'aqlNBG*  
q5#6PYIq  
8. 光栅衍射效率 @Pb%dS  
opv<r*!  
hn[
lhC  
 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。 \IX|{]*D  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 7?"-:q   
 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) ?X^.2+]*&  
a%*W( 4=Y  
(;cKv  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd WbJ  
Wf{&D>  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ]47!Zo
,  
5a%i%+;N  
mTBSntZx  
D $&6 8  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 g+%Pg@[  
=<[M$"S7d6  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 -58Sb"f  
w:h([q4X  
TH>7XK<90M  
#ja6nt8GC  
 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)。 u3C0!{v  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 /
WMJ#IE  
MmH(
dp+  
应用示例详细内容 _jM+;=f
 
-7u_\XFk  
仿真&结果 %0q)PT\  
s8+{##"1 q  
1. 结果：利用光线追迹分析 yi:1cLq2  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 7bL48W<QD  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 OLE@35"v]  
ge|Cvv  
ffG1QvC|M  
oD3Q{e  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd _#y=T20'3  
N[&(e d=  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 (V<pz
2\  
 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)。 Yv"
-_  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， >uR;^B5m  
u85?f  
 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。 M5c *vs  
=VGRM#+D  
PMZ*ECIJU  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms GzjC;+W  
HY,VJxR[  
3. 衍射效率的评估 ?
P"j5  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 I>:.fHvUC  
&uXu$)IZ  
AH|'{  
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。 +?^lnoX  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd sfR0wEqI  
+^3 *Y"6Z  
4. 结果：衍射级次的重叠 +m4?a\U  
 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。 9d8U
@=  
 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)。 (d#W3  
 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。 /vAA]
n8  
 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) Z&5cJk W  
 光栅方程： Y0g6zHk7  
kY#sQz}8  
$j&2bO5M  
LX7<+`aa  
~`<_xIvrq  
5. 结果：光谱分辨率 Kgb<uXk  
X;d 1@G  
%:Y'+!bX  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run qhOV>j,d  
=' &TqiIv"  
6. 结果：分辨钠的双波段 Z[9f8/6<b  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 S<>u  
   W{nDmG`yp  
M[6WcH0/T  
(5>IF,}!L  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ' eH Fa  
T^H`$;\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run >/7[HhBT  
85#+_}#  
7. 总结 >:P-3#e*  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 3`{[T17  
1. 仿真 m-R`(  
以光线追迹对单色仪核校。 `.YMbj#T  
2. 研究 .2/W.z2  
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。 9On(b|mT  
3. 应用 >qci$  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 
M(.Up  
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。 P|;=dX#-  
扩展阅读 g42f*~l  
1. 扩展阅读 7jYW3  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 B^BbA-I  
m ?jF:]^  
 开始视频 :{x   
- 光路图介绍 * NdL4c~  
- 参数运行介绍 kXW$[R  
- 参数优化介绍 9`5qVM1O{  
 其他测量系统示例： fe7DS)U  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ]`\~(*;[W9  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) #&&  
d5 U+]g  
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QQ：2987619807 =
R0#WMf$@  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习