[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) 97MbyEE8J  
O%p+P<J  
应用示例简述 < SvjvV  
.Uh|V-  
1.系统说明 *."a>?D~  
lWWy|r'il  
 光源 SZL('x,"^  
— 平面波(单色)用作参考光源 be+tAp`  
— 钠灯(具有钠的双重特性) JQk][3Rv  
 组件 >SaT?k1E  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ;}QM#5Xdt  
 探测器 2; ~jKR[~  
— 功率 B|.8+Q  
— 视觉评估 Pef$-3aP>E  
 建模/设计 iw0|A  
— 光线追迹：初始系统概览 ZFa<{J<2  
— 几何场追迹+(GFT+)： M\)(_I)V=  
 窄带单色仪系统的仿真 y3Lq"?h  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 g"|Z1iy|9  
;SVA
ar4r  
2.系统说明 9t o2V  

]n (:X  
>%Nqgn$V  
*;X,yEK[  
3.系统参数 bZd)4  
5_E,x  
^UiSezcI  
:?J0e4.]  
Lk:Sju  
4.建模/设计结果 _0 $W;8X  
5#hsy;q;[  
Lzy Ix!S  
K f}h{X  
总结 7B8.;0X$W  
y)#=8oci  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 -A)XYz  
1. 仿真 _MST8  
以光线追迹对单色仪核校。 s7G!4en  
2. 研究 M?m)<vMr*  
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。 2%gLq  
3. 应用 ;1Zz-@  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 8V(-S,  
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。 :iVEm9pB)  
9#
D?wR#J=  
应用示例详细内容 x9B5@2J1  
系统参数 -9@/S$i  
DqbU$jt`  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 GK\`8xWE  
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。 wTK>U`o  
3tAX4DnYrq  
sH`(y)`_  
}`*DMI;-  
2. 系统参数 uszH1@g'  
kNDN<L  
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。 OF/DI)j3  
z4iZE*ZS  
iqh"sx{5bp  
M<VZISu)dy  
3. 说明：平面波(参考) G@I/Dy  
O0cKmh6=  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 [|
E|(@J  
`zBQ:_3J_  
jo^+  
Md(h-wYr  
4. 说明：双线钠灯光源 @A;Ouu(  
G$_=rHt_%  
pJ;4rrSK  
 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。 |JRaskd  
 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)。 ?)i`)mu'  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 t$yt8#Tk  
}!n90 9L  
:HTV8;yc  
gW(7jFl  
5. 说明：抛物反射镜 B`1"4[{  
=abBD   
]v6s](CE  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 g?=|kp  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 qp)a`'Pq  
6-vQQ-\  
|ZBHXv  
iZbY@-3fc  
>;M?f!  
BiI}JEp4o  
6. 说明：闪耀光栅 >y7|@'V[v0  
r"aJ&~8::W  
Zw
xu3R_  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 U{%N.4:   
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 TU(w>v  
#
mK?K  
b2p;-rv  
uiEAi  
Z;4pI@u  
1`z^Xk8vt  
7. Czerny-Turner 测量原理 |
r%
lJmBB  
~D$?.,=l  
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。 Q@"mL  
u^NZsuak  
t3b64J[A{  
?O!'ZZX  
Jx(`.*$  
8. 光栅衍射效率 nm.~~h+8M  
r"uOf;m  
c2iPm9"eh  
 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。 ?}D|]i34  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 4_'($FC1  
 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) $&l} ABn  
Dd:;8Xo  
X'W8 mqk  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 7ga|4j3%  
Rz_fNlA  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 aO'lk  
+_h1JE_}D  
K9 tuiD+j  
ds9L4zfO  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ]J aV +b'O  
vsU1Lzna6@  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 43p0k&;-7  
k@
i+gV%  
sVjM^y24  
4LfD{-_uW  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 ',<Bo{  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ^A"TY  
zld[uhc>  
应用示例详细内容 l0%qj(4`6&  
B-`,h pp  
仿真&结果 a?]"|tQ'  
hQT  p&  
1. 结果：利用光线追迹分析 ?%Pd:~4D  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ">LX>uYmX-  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 wh~g{(Xvq  
rnV\O L  
;[ag|YU$Y  
~
VqDh*0  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ;Uxr+,x~  
L-}6}5[  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 _3lci  
 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)。 4)i(`/U  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ~)kOOoH  
WHM|kt  
 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。 /I>o6CI  
}{(dG7G+  
-/O_wqm#  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms PqOPRf  
v9t26>{~  
3. 衍射效率的评估 y]veqa  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 <+tSTc4>r  
5/ee&sJR  
,+gU^dc|hq  
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。 TfbB1  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd /
7)l22<  
(pl|RmmDz  
4. 结果：衍射级次的重叠 /2n-q_  
 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。 ?C[W~m P  
 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)。 #9a
\Ab  
 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。 8?> #  
 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) @Weim7r  
 光栅方程： /g_cz&luR  
bAsoIra  
~T{^7"q\  
fXV+aZ  
C`Oc%~UkC  
5. 结果：光谱分辨率 X(`wj~45VX  
srh>" 2."  
W@vt6v  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run IYo{eX~=  
m~#f L  
6. 结果：分辨钠的双波段 j!It1B  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。
h "MiD  
   |A'y|/)#Z  
i1OF@~?  
?51Y&gOEZ  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 /.{q
2]  
O)$rC  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run TspuZR@2  
iE~][_%U  
7. 总结 ~^{j
fHTlv  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 2+2Gl7" s  
1. 仿真 h2b,(  
以光线追迹对单色仪核校。 R-~ZvVw7L  
2. 研究 8%@![$q<g  
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。 Ly7|:IbC  
3. 应用 )tq&l>0h  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ,u:J"epM  
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。 n7J6YtUwP  
扩展阅读 zmw <y2`  
1. 扩展阅读 4Pbuv6`RK  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 
&^v5 x"  
1kd\Fq^z$  
 开始视频 \ r^#a  
- 光路图介绍 ;V=Y#|o  
- 参数运行介绍 5Hli@:B2s  
- 参数优化介绍 ko2T9NI:S  
 其他测量系统示例： d3m!34
ml  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ,v
#F6xv8  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) B=>VP-:  
Q|DVB  
u\jQe@j '  
QQ：2987619807 u["3| `C5  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习