[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) zq5N@dF  
wI7.M Gt  
应用示例简述 >]B_+r0m^  
,wr5DQ  
1.系统说明 D{7sfkcJ  
W<#Kam:8e  
 光源 /?>W\bP<  
— 平面波(单色)用作参考光源 ht\_YiDg3  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 3 JlM{N6+  
 组件 6ZjUC1  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 BD$Lf,_  
 探测器 e0C_ NFS+  
— 功率 >8NUji2I  
— 视觉评估 p>U= Jg  
 建模/设计 {DVMs|
5;^  
— 光线追迹：初始系统概览 p*jH5h cy  
— 几何场追迹+(GFT+)： 2(Xu?W 7d  
 窄带单色仪系统的仿真 g6gwNC:aF  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 2*W|s7cc  
U8aNL sw  
2.系统说明 Nn0j}ZI)1  
U+-;(Fh~  
AO-~dV  
-f'&JwE0=  
3.系统参数 z3^gufOkQ  
F.Bij8\  
RP^L.X(7^  
tPk>hzW  
>y!R}`&0^t  
4.建模/设计结果 B%x?VOdBE  
n-?zH:]GG{  
5H
B*  
B_@p@6z  
总结 '8^cl:X  
7OPRf
9+o  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ?:5/4YC  
1. 仿真 WK#c* rsij  
以光线追迹对单色仪核校。 .*?-j?U.  
2. 研究 V2yX;u  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 &?j\=%  
3. 应用 &[|Z
2}  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 V\c`O  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 SJ,
];mC0  
?wIw$p>wT  
应用示例详细内容 aMK\&yZD  
系统参数 A0ZU
#"'/  
Yru,YA   
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 {H=<5  
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。 3z k},8fu  
{XXnMO4uR;  
U@}r?!)"f  
Lq#!}QcW=  
2. 系统参数 qP9`p4c8i  
ws;|fY  
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。 7?y([i\y  
f?QP(+M5.  
(AG((eV  
msq2/sS~  
3. 说明：平面波(参考) 7Zft]C?|@  
b. :2x4  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 I!Fd~g9I4  
QNZ#SG8  
5z.Y}  
Q ~eh_>"  
4. 说明：双线钠灯光源  bIuOB|  
?%T]V+40  
bhKe"#m|S  
 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。 XCGK&OGI  
 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)。 CE4Kc33OU|  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ( _MY;S  
AgOti]`aR  
h.xtkD)Y~  
QwnqysNx4  
5. 说明：抛物反射镜 1,n\Osd  
K;R!>p}t  
;IT'6m`@W  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 z|<?=c2P  
 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。 ~qE:Nz0@  
bc6|]kB:  
^ b{~]I  
=)!~t/  

MZ^(BOe_  
qjN*oM,  
6. 说明：闪耀光栅 G,b*Qn5#  
/vLW{%  
 fTGVG  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 |4Os_*tRKU  
 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
{T5u"U4  
;(Z9.  
:TP\pH7E  
rL/H{.@$`  
b}ODc]3  
%\1W0%w  
7. Czerny-Turner 测量原理 :>3?|Z"Aj  
}n k[WW  
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。 > q8)~  
}4q1"iMlO  
' $"RQ=  
3oPyh $*  
nR,QqIFFw  
8. 光栅衍射效率 fy>~GFk(  
N LSJ D  
j^mpkv<P  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 nx5I  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 5>fAO =u!Q  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) 7J|nqr`>t  
TV?MB(mN  
T@ zV   
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ~6#O5plKc  
be HEAQ  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 (~?p`g+I.P  
}(9ZME<(  
RVh{wg  
Ed1y%mR>  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 7DWGYvv[  
PeJIa %iE  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 SL`nt  
3qy4nPg  
2k^'}7G%  
se29IhS!e  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 2~%^y6lR  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 kTm}VTr 1  
z2 mjm  
应用示例详细内容 ggy9euWV  
h*\u0yD)  
仿真&结果 [$z-  
~P'i /*:  
1. 结果：利用光线追迹分析 f%rZ2h)  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 rXq{WS`  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 <sls1,  
">vi=Tr  
/Edq[5Ah  
kG`&Z9P  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd !gJw?(8"  
H4<Q}([w  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 &W{v(@  
 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)。 7\yh<?`V8  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， r'MA$PiS'  
Sv!JA#Ag  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 ZKai*q4?  
\q^:$iY~  
@I#uv|=N  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ^ U~QQ  
}ldpudU  
3. 衍射效率的评估 o_03Io ~Bf  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 rl]K:8*  
\;JZt[  
od^ylg>K  
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。 mp z3o\n  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd q`UaJ_7  
KtHkLYOCG  
4. 结果：衍射级次的重叠 aP#/%  
 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。 e9>~mtx  
 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)。 -_XTy!I  
 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。 hw=~%f;  
 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) /O~Np|~v  
 光栅方程： ~ 7<M6F  
.h(iyCxP  
%*#+(A"V  
>T-4!ZvS\j  
1x%B`d  
5. 结果：光谱分辨率 ',/2J0_  
cZ#%tT#  
L@Q+HN  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run nu(7YYCM$  
rR 86D  
6. 结果：分辨钠的双波段 bP>Kx-%q  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 \>X!n2rLZe  
   !s:e  
Hz)i.
AA 4  
%Aqf=R_^  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 8|zOgn{  
KC)}Mzt6_  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run b
`@J"E}  
/aIGq/;Y+a  
7. 总结 {8h[
Bd  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 [bRE=Zr$Ry  
1. 仿真 ?'_6M4UKa  
以光线追迹对单色仪核校。 AQmHa2P  
2. 研究 216$,4i  
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。 O8SE)R~  
3. 应用 {`,)<R>}  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 X-#&]^d  
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。 ESYF4-d+  
扩展阅读 >Fs/Wet  
1. 扩展阅读 *ifz@8C }  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 keFH CC  
[c;#>UQMf  
 开始视频 FRQ0t!b<M1  
- 光路图介绍 T^(> 8/O  
- 参数运行介绍 2;0eW&e   
- 参数优化介绍 &BRa5`  
 其他测量系统示例： kDI?v6y5  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) )Yv=:+f  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) -$DfnAh  
FSn3p}FVa  
M&/%qF15  
QQ：2987619807 cqSXX++CS,  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习