[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) $9:  @M.  
:[0)Uu{  
应用示例简述 W_,7hvE?"H  
~ H/ZiBL@  
1.系统说明 *kcc]*6@s  
N>1d]DrQR  
 光源 aIh} j,  
— 平面波(单色)用作参考光源 @.`k2lxGd~  
— 钠灯(具有钠的双重特性) !YZKa-  
 组件 w\{#nrhYU  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 XL'\$f  
 探测器 (]PH2<3t  
— 功率 qk(bA/+e  
— 视觉评估 ^YB2E*  
 建模/设计 =%s6QFR  
— 光线追迹：初始系统概览 $`lm]} {&  
— 几何场追迹+(GFT+)： m9+?>/R  
 窄带单色仪系统的仿真 Q>cEG"  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ?e,:x ]\L  
1kR. .p<"  
2.系统说明 AWssDbh/[  
I5`>XfO)  
bbDm6,  
oK$Krrs0&  
3.系统参数 -Q&@P3
x  
@u:`  
w.#z>4#3-  
k8%@PC$  
Sw5:
T  
4.建模/设计结果 c27(en(  
.rnT'""i<5  
gsl_aW!  
.w'b%M  
总结 OK YbEn#  
leI ]zDk=  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 \u))1zRd  
1. 仿真 3d4A~!Iz  
以光线追迹对单色仪核校。 T<NOLfk66  
2. 研究
|=![J?  
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。 GlRjbNW?Q  
3. 应用 Fw t  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 YMU""/(  
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。 %[M0TE=J  
^:}C,lIrG  
应用示例详细内容 # ,eC&X45  
系统参数 *X ;ch55\  
NffKK:HvBB  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 *[*q#b$j  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 x
%HxM~&  
Gf:dN_e6.  
iA[o;D#  
67Qu<9}<-  
2. 系统参数 8#- Nx]VM  
c3o3i  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 jb{9W7;RL  
_
qwf3Q@  
1~3dX[&  
>VQLC&u(  
3. 说明：平面波(参考) z!18Jh  
* fj`+J  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Z P6p>?DQ  
DuDt'^]  
OLm@-I*  
Uxi
k&M  
4. 说明：双线钠灯光源 -3azA7tzz  
);6f8H@G  
~K99DK.  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 o0S8ki  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 1 A0BM  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ^cSfkBh  
&zJ*afi)  
%7w8M{I R3  
ccPWfy_  
5. 说明：抛物反射镜 aNNRw(0/  
M0\gp@Fe  
bZ OCj1  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 Kg2Du'WQ^  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 QjG/H0*mP  
A9u>bWIE7  
JtxVF!v  
R8eBIJ/@_  
jw{B8<@s  
5|N`:h'9M  
6. 说明：闪耀光栅 q5-i=lw  
"`cPV){]  
3o/f, }_  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 VwZ~ntk  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 J'7;+.s(  
VP^Yf_  
B@0#*I Rm  
% XZ&(  
Ol+D"k~<C  
YM'4=BlJHv  
7. Czerny-Turner 测量原理 9#&H'mG  
QRBx}!:NZ#  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 C4.GtY8,d  
Y)1J8kq_  
OY:rcGc`t  
a`#lYM%(>  
6o\uv  
8. 光栅衍射效率 ]4c+{  
r<!nU&FPD:  
'VCuMCV  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 Q1x&Zm1v  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 {z0iWY2Xw  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) 1E&S{.  
PuGs%{$(h  
j3/6hE
>  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Og1vD5a  
5V =mj+X?  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 hCr,6ncC  
=RRv& "2r  
6vE#$(n#a&  
OW\vbWX  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 S2*sh2-&6  
RO/(Ldh  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ~h Dp-R;  
5 m-/N?c  
o
e 6-F)+  
R5^6Kwu  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 SE^l`.U@  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 j7gTVfO  
J9*;Bqzim  
应用示例详细内容 ,h'Q  
EC[]L'IL  
仿真&结果 ?#(LH\$l_  
j<0;JAL  
1. 结果：利用光线追迹分析 nYZ6'Iwi'  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 -k8sR1(  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 [w@S/K[_|  
[Tbnfst  
4aBVO%t  
^tG,H@95  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd W$NFk(  
?z l<"u  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 !<=zFy[J.9  
 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)。 $9Bzq_!  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， #\m.3!Hcr  
z`E=V  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 sfn^R+x4,9  
?yq=
c  
HB5-B XBU  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 8uLS7\,$z  
mR@d4(:J?  
3. 衍射效率的评估 ,;w~ VZ4  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。
Nr2,m"R{  
(ub(0 h0j  
59l9_yFJ  
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。 tR'RB@kJ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd nTr]NBR  
M NwY   
4. 结果：衍射级次的重叠 (E00T`@t0i  
 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。 t7x<=rW7u  
 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)。 ly*v|(S&  
 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。 )/)u.$pi  
 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) ]9/A=p?J@  
 光栅方程： ij-'M{f  
@U5gxK*  
bs)wxU`Q*  
!PEKMDh  
|w*s:p  
5. 结果：光谱分辨率 !10/M  
:AztHf?X  
"ufSHrZv  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run {*GBUv5  
H6 x  
6. 结果：分辨钠的双波段 ~=OJCKv5(  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 zc)nDyn  
   zytN leyc  
#9DJk,SP  
k $gcQ:|  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 l%GArH`  
0/f|Z
H ~!  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Bv@p9 ] n  
)Wq1af   
7. 总结 TU~y;:OJ  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 c{y'&3\  
1. 仿真 zi6J|u  
以光线追迹对单色仪核校。 v0 :n:q  
2. 研究 SEzjc ~@3  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 "*X\'LPs=  
3. 应用 JX5/PCO  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 3R%JmLM+R9  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 \HzmhQb+m  
扩展阅读 o;Z"I&  
1. 扩展阅读 A)
n_ST0  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 .cs x"JC  
"]]LQb$  
 开始视频 p )JR5z  
- 光路图介绍 =T2SJ)  
- 参数运行介绍 v0)Y,hW  
- 参数优化介绍 pIK:$eN!/  
 其他测量系统示例： :~"myn,  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001)
G^dp9A  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) kK4a;j.#  
V||b%Cb1g  
de W1>yh^_  
QQ：2987619807 6?M/71
 

楼上你有图中的仿真文件么

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