[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) 4M(w<f\5F  
5:|5NX[.b  
应用示例简述 23+6u{   
D]y6*Ha  
1.系统说明 T'XAcH  
0x# 6L  
 光源 aC3\Hs  
— 平面波(单色)用作参考光源 hv*n";V   
— 钠灯(具有钠的双重特性) /dOQ4VA\  
 组件 M
s1\J2  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 pzU">
)  
 探测器 T<zonx1  
— 功率 nS?HH6H  
— 视觉评估 3}g?d/^E3  
 建模/设计 y#AY+ >  
— 光线追迹：初始系统概览 yF0,}  
— 几何场追迹+(GFT+)： JPQ
02&e  
 窄带单色仪系统的仿真 +Q-~~v7,  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 @{I55EQ]  
+*0THol-  
2.系统说明 86%weU/*  
oK5(,8 (4  
^fK8~g;rB  
D{BH~IM
  
3.系统参数 5@[%P=  
yv
Dzxu  
5jNBt>.0  
qWE
"vI22M  
=j;o, J:(  
4.建模/设计结果 '2[ _U&
e  
njUM>E,'  
'[-H].-!  
Tg:NeAN7(  
总结 )1x333.[c  
ui 2RTAb  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 svo^#V~h'  
1. 仿真 Q ;k_q3  
以光线追迹对单色仪核校。 (/*-M]>  
2. 研究 M$&>"%Oi  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 qA30z%#z_  
3. 应用 *;gi52tM  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 nAts.pVy"  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 _R-#I  
um8ZhXq  
应用示例详细内容 q0c)pxD%
`  
系统参数 IBF>4qm"  
` jUn  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 JK_$A;Q  
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。 *n[Fl  
EvECA,!i  
A,=l9hE'  
QM_~w\  
2. 系统参数 *@BBlkcx  
6w]]KA  
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。 w^p2XlQ<  
u8,T>VNVw  
s~63JDy"E  
1Gqtd^*;  
3. 说明：平面波(参考) K 6Gn  
4%6Q+LS']Q  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ^a}{u$<  
.ZJh-cd  
oD
P|>yXC)  
\Q)~'P3  
4. 说明：双线钠灯光源 7SM/bJ-M#  
 9q5[W=|  
1%:A9%O)t  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 .ev]tu2N  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 A
P~!YwLW  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 J *B`C^i  
07MLK8jS  
=1JRu[&]8  
rLXn35O  
5. 说明：抛物反射镜 [&4y@  
{38aaf|'/  
q
>X:z0H  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 V,"'k<y  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 s1FBz)yCY=  
x~z 2l#ow  
";xEuX  
j)0R*_-B[  
0VZj;Jg}q  
3_>1j  
6. 说明：闪耀光栅 p?h;Sv/  
iUKj:q:  
 (M
=Br  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 `fRy"44nR  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 ^ Q}1&w%  
aD^MoB3  
Qi}LV"&L  
e{O5y8,  
|q>Mw-=  
u rOGOa$  
7. Czerny-Turner 测量原理 Y>%NuL|s  
ig,|3(  
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。 g=(+oK?  
_7<U[63  
"10VN*)J}  
q ha1b$  
N'1~wxd  
8. 光栅衍射效率 .R'i=D`Pz  
D^{:UbN  
MocH>^,  
 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。 $^!w`>0C  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 QhUraZ  
 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) 7y\g~?5N  
<7^~r(DP  
bij?q\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Kd)m"9Cc  

_XZ=4s  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 m5pVt4  
m+UdT854  
bAiw]xi  
q9!9OcN2  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 .B13)$C  
Yn>zR I  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 f zO8by  
+a-@ !J~:  
Ol[gck|~  
W<VHv"?V  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 HqBPY[;s  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ~P_kr'o  
j!\0Fy
r  
应用示例详细内容 sCQup
^\  
%ZyPK,("  
仿真&结果 .M2&ad :  
L@r.R_*H?s  
1. 结果：利用光线追迹分析 a7\L-T+  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 9 Zm<1Fw  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 2hJ3m+N^  
=7fh1XnW  
0 
0&$SE  
!d.>r 7w  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd #ya|{K  
;|QR-m2/  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 >-lL-%N_  
 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)。 2TEeP7  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， f+Medc~  
R"gm]SQ/  
 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。 tq[",&K  
lO> 7`2x=F  
(B,t 1+%  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms @^cgq3H'  
;}~Bv
<#  
3. 衍射效率的评估 $L8s/1up  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ',`4 U F  
l0\>zWLZZ9  
_np>({  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 |~LjH|*M  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd OCO,-
(  
9c}]:3#XO  
4. 结果：衍射级次的重叠 :YXQ9/iRr  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 ;To+,`?E;q  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 zRo
Ex1  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 ^%$W S,  
 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) nQ!#G(_nO  
 光栅方程： JvJ!\6Q@  
*Gh8nQbh  
V'f5-E0  
B m@oB2x)  
%802H%+  
5. 结果：光谱分辨率 ]AA*f_!  
p z+}7  
2]RH)W86;  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run oy2dA  
ySK Yqt z  
6. 结果：分辨钠的双波段 LOUKUReE  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ID).*@(I"  
   h:Mn$VR,  
`MYKXBM  
-KJ!  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ah"MzU)  
]G o~]7(5|  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run p9 ,\{Is  
?)o4 Kt'h  
7. 总结 ^%8Hvy  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ]7R&m)1
6  
1. 仿真 yZ~eLWz  
以光线追迹对单色仪核校。 I%Po/
+|+  
2. 研究 v6DxxE2n  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 # pjyhH@  
3. 应用 xBE RCO^  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 VRQbf  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 qqt.nrQ^  
扩展阅读 :*&9TNUE@  
1. 扩展阅读 V=zM5MH2  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 vz#wP  
OxHw1k  
 开始视频 vD)A)  
- 光路图介绍 seqF84Xd<  
- 参数运行介绍 SL\y\GaV  
- 参数优化介绍 bHQKRV  
 其他测量系统示例： i h$@:^\  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) N4`
9TN7  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) *CPB5s  
Ibv_D$cT  
E_![`9i  
QQ：2987619807 \`Ph=lJO  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习