[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) NiCB.a  
q V+gQ  
应用示例简述
L 2k?Pl  
rbw5.NU  
1.系统说明 #ovmX  
xOAA1#  
 光源 VkCh
RzhC  
— 平面波(单色)用作参考光源 >PBP:s1f4>  
— 钠灯(具有钠的双重特性) SlRQi:  
 组件 byW9]('e  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 wmQT$`$b  
 探测器 ToVi;  
— 功率 @ppT;9<d  
— 视觉评估 3w-0IP]<  
 建模/设计 <*4BT}r,^2  
— 光线追迹：初始系统概览 r%^l~PN  
— 几何场追迹+(GFT+)： ,4&?`Q  
 窄带单色仪系统的仿真 v
==b. 2=  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 !8V  
V{y
P/X  
2.系统说明 --}5%6  
)=vQrMyB  
bI_T\Eft  
I\DH  
3.系统参数
{#,eD  
sD!)=t_  
(WISf}[l;  
f0lpwwe  
OdrnPo{  
4.建模/设计结果 PS=N]e7k'  
6|Qg=4_FHt  
_3'FX#xc  
Hido[  
总结 {Hu@|Q\~&  
`pfZJ+  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ls928  
1. 仿真 8NJxtT~0c~  
以光线追迹对单色仪核校。 %]m/fo4b  
2. 研究 b,tf]Z-
  
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。 FZ0wtS2  
3. 应用 Gz,?e]ZV  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 (1pR=  
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。 B,_/'DneQK  
z3bRV{{YqN  
应用示例详细内容 ,_$}>MY;  
系统参数 ~mR@L`"l  
l[AQyR1+/  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 Mkj`  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 .EF(<JC?  
t{ R\\j  
T.}wcQf&*  
BIk0n;Kz<L  
2. 系统参数 VPh
0{(O^=  
!'jZ !NFO  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 0eP ]  
`Nnaw+<]  
e}u68|\EC  
cOq'MDr  
3. 说明：平面波(参考) hn-!W;j  
<0w"$.K#3  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 c&mLK1A6  
1
z6$>{FUR  
l 10p'9n  
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CZ1F  
4. 说明：双线钠灯光源 n?[JPG2X  
0|J]EsPxu  
%2;Nj; J$  
 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。 ~\oF}7l$  
 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)。  mdtG W  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 +QZ}c@'r  
!2o1c  

^7Hwpn7E  
6/5Xy69:h  
5. 说明：抛物反射镜 3OlXi9>3  
hb.^&  
#B!HPlrv  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 (2J\o  
 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。 =.48^$LWx  
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AR  
B@ xjwBUk  
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s?5vJ:M Xr  
z8@[]6cW  
6. 说明：闪耀光栅 v:1DNR4  
Ym8 V)  
0Xw$l3@N^  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 z%Eok  
 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 ~z kzuh  
LsI8T uv  
Uk'bOp  
DuMzK%  
ZamOYkRX  
_m.w5n
J  
7. Czerny-Turner 测量原理 &E+mXEve  
&|K9qa~)Y  
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。 }WV}in0
 
II'"Nkxd  
j2RdBoCt  
}|OwUdE!R9  
EvKzpxCh  
8. 光栅衍射效率 i,B<k 0W9  
&~aS24c  
!kS/Ei  
 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。 _M) G  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 |kGQ~:k+P  
 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) srQGqE~  
y}U}AUt  
`*ALb|4ilG  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd q|g>;_  
<2SWfH1>  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 %XBMi~  
3c=>;g  
.]e_je_  
QnA~,z/.w  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 TjE'X2/  
mIZ6[ ?  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 , .E>  
|[)n.N65=  
4l`[,BJ  
ubv>*iO  
 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)。 $Jo4n>/  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 bE;c&g  
O.DO,]Uh  
应用示例详细内容 Ae[fW9
7  
tv_&PIu]L  
仿真&结果 s1]m^,  
2FcNzAaV  
1. 结果：利用光线追迹分析 +#Wwah$  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 X;1yQ|su  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 E/zclD5S  
3rY\y+m  
fC".K Yjp  
nb.|^O?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd n?778Wo}  
2?{'(iay  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 .e5d#gE0  
 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)。 PIAE6,*  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， %
P7qA  
B!
P/?  
 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。 N
BL%5!'  
.8->n aj|  
g4u6#.m(  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms {;N2 &S o  
la}cGZ; p.  
3. 衍射效率的评估 +n<W#O%  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 shR|  
I~;w Q  
n@L@pgo%~  
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。 :dqZM#$d  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd fDloL  
-p?&vQDo`  
4. 结果：衍射级次的重叠 Sn0kJIb }  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 Cv@)tb  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ps;dbY*s6  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 K iEmvC  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) zE<Iv\Q  
 光栅方程： q|:wzdmNZ  
yM`u]p1  
Vm[F~2+HX  
L+*:VP6WD  
|RXQ_|  
5. 结果：光谱分辨率 x
0b=r!Duu  
1+gFfKq  
sPG500=)  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run :G6aO  
Jt[,V*:#  
6. 结果：分辨钠的双波段 ]BUirJ,2  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 O,9^R  
   3@qv[yOE  
gXlcB~!  
MI'"Xzp{s  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 4y#XX[2Wj  
qDG2rFu&[  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Gx8
!AmeX  
_-lE$
O  
7. 总结 P6O\\,B1A  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ,l6,k<   
1. 仿真 BM/o7%]n  
以光线追迹对单色仪核校。 0ki- /{;  
2. 研究 I/XSW#  
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。 {x?qz~W  
3. 应用 &92/qRh7  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 SAdE9L =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。 I`_I^C3  
扩展阅读 1C8xJ6F  
1. 扩展阅读 .}/8]  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 W2#
<]]-  
F_(~b  
 开始视频 `!/[9Y#Hp  
- 光路图介绍 ~f(5l.  
- 参数运行介绍 cZQ8[I  
- 参数优化介绍 9xO@_pkX  
 其他测量系统示例： ",.f
 
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 8W{M}>;[9  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) O-X(8<~H=  
!9WGZfK+0Y  
)\#*~73  
QQ：2987619807 pX{wEc6}  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习