[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) wyc D>hc  
W@L
3+4  
应用示例简述 >hMUr
*j  
!&kL9A).  
1.系统说明 R5Yl1   
AWr}"r?s  
 光源 qcB){p+UQ  
— 平面波(单色)用作参考光源 9>m%`DG*  
— 钠灯(具有钠的双重特性) qX:B4,|ck  
 组件 `ue[q!Qq  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 <~Qi67I  
 探测器 -xmf'c9P  
— 功率 '3tw<k!1{.  
— 视觉评估 cleOsj;
S  
 建模/设计 @B1{r|-<^  
— 光线追迹：初始系统概览 ^~ =9  
— 几何场追迹+(GFT+)： O0~vf[i];  
 窄带单色仪系统的仿真 l4'~}nn(Y  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 _v5t<_^N  
>X}{BDMb.  
2.系统说明 8 ,}ikOZ?  
jrJR1npB  
Go\VfLLw  
D=?{8'R'  
3.系统参数 Eyh|a.)-  
@98;VWY\  
=6%|?5G  
54p tP  
uK*|2U6t  
4.建模/设计结果 /9ZcM]X B  
X
33v:9=  
S0w> hr  
'UwI*EW2S  
总结 WnxEu3U  
3><u*0qe%I  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 \^532FIw6  
1. 仿真 y>o>WN<q  
以光线追迹对单色仪核校。 e$l6gY  
2. 研究 gtU1'p"  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 R"xp%:li  
3. 应用 J%v5d*$.  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Q}vbm4)[  
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。 n[k1np$7?6  
gp  
应用示例详细内容 $3 8gs{+  
系统参数 m@qqVRn#)  
1$LIpx  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 ziL^M"~2  
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。 D5A=,\uk  
CMVS W6  
4,1oU|fz  
mBl7{w;Iv  
2. 系统参数 o"_=K%9  
hw,^G5m  
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。 n.$(}A  
(O5)wej   
=I4.Gf"~f  
?b$3ob"  
3. 说明：平面波(参考) }=GM?,7b  
'F_}xMU  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 -CBD|fo[h  
/8eW@IO.F  
xPQL?.  
zXre~b03ZS  
4. 说明：双线钠灯光源 y4F^|kS) [  
j7/(sf  
TbNGgjT  
 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。 'h*Zc}Q:  
 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)。 $Ub}p[L  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 9YC&&0 C@  
MW@DXbKVl  
UC!5 wVY  
rz6jx  
5. 说明：抛物反射镜 :R+],m il  
v]bAWo  
"{F;M{h$},  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 *T4ge|zUc  
 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。 p.Y$A if.  
z\}!RBOq  
8~5|KO >F  
u%opY<h  
|~NeB"l{  
yX9B97XyC  
6. 说明：闪耀光栅 yiT{+;g^  
{wu!6\:<??  
wItzcY1m  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 5Rs?CVVb  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 +89o`u_l%  
v*DFiCQD  
A?S
m-#n{  
bOXh|u_3i  
SJ(9rhB5*.  
h.b+r~u  
7. Czerny-Turner 测量原理 `@$YlFOW  
#NF+UJYJ&'  
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。 Oxn'bh6R0  
P1QB`&8F  
liG~
y|  
Qa?QbHc  
tJ>d4A;8x  
8. 光栅衍射效率 rqC1  
$K=z  
{G.{ad  
 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。 J~2CD*v  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 APuu_!ez1  
 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) 6SAQDE
 
 *
D3  
=+Tsknq  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Ja=N@&Z#  
:wCC^Y]  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ]}_,U!`8  
=0Y'f](2eW  
%#Q #N,fw  
.Bijc G  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 1 '%-y  
A'v[SUW'm  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 5oa]dco  
Z{16S=0  
%>]#vQ|  
% NwoU%q  
 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)。 sp,(&Y]US  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 %w%zv2d  
Es,0'\m&  
应用示例详细内容 rN'k4V"K  
gU*I;s>  
仿真&结果 .=aMjrME  
6!
o/~I#  
1. 结果：利用光线追迹分析 :if5z2PE/  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 W.sD2f  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 kjfxjAS=m  
ix+x3OCip  
1 pYsjo~  
PE +qYCpP9  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd a\|X^%2g  
J2x$uO{Bn  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 k.ww-nH  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 &A#90xzF  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， }8X:?S %  
OQ 0b$qw  
 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。 4v i B=>  
p@`4 Qz  
[kQ"6wh8  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms <`b|
L9  
9yp^zL  
3. 衍射效率的评估 $Jt8d|UP  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ]lC4+{V  
Oym]&SrbS  
@)8NI[=6O  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 W>UjUq);  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 8cequAD  
8Na}Wp;|Gi  
4. 结果：衍射级次的重叠 )Ep@$Gv|S  
 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。 k0R,!F  
 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)。 )E_!rR  
 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。 vHoT@E#}'  
 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) AZ]Z,s6  
 光栅方程： 1j8/4:  
~p0e=u  
t/
_\U=i$  
UX+?0K  
hlt9x.e.A  
5. 结果：光谱分辨率 s"gKonwI2  
WIhIEU7/  
$XtV8  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 1/F<T  
&FT5w T  
6. 结果：分辨钠的双波段 ;g!xQvcR  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 q oKQEG2  
   3ytx"=B%  
99=[>Ck)G  
K7YT0cG  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 aA!@;rR<yU  
C8O7i[uc  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run gogl[gHO  
|YMzp8Da(  
7. 总结 gt(X!iN]  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 N GX-'w  
1. 仿真 =Td#2V;0  
以光线追迹对单色仪核校。 w;g)Iy6x  
2. 研究 pRb+'v&_k  
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。 $u(M 4(}  
3. 应用 y?rK5Yos  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Mr@<ZTw  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 @8T Vr2uy  
扩展阅读 Wl@0TUK  
1. 扩展阅读 D"1vw<Ak  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 _oYA;O  
m7bn%j-{$f  
 开始视频 VhJyWH%(  
- 光路图介绍 [U_Q 2<H  
- 参数运行介绍 J?UZN^  
- 参数优化介绍 5G dY7t_1  
 其他测量系统示例： x(T!I&i={  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) }-k_?2"A  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) t(LlWd  
;+#za?w  
tOp:e KN  
QQ：2987619807 H-PW(  

楼上你有图中的仿真文件么

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