[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) u&o4?]6  
@##}zku  
应用示例简述 6K8v:yYPa  
S3U]AH)C  
1.系统说明 O{byMV{Ou  
\,p?pL<'  
 光源 7u^wO<  
— 平面波(单色)用作参考光源 />9`Mbg[G  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 2w1Mf<IXPo  
 组件 ]x8Y]wAU&{  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 :$yOic}y  
 探测器 7g{JE^u  
— 功率 }2BNy9q@  
— 视觉评估 0]DX KI  
 建模/设计 W6EEC<$JL  
— 光线追迹：初始系统概览 <)O#Y76s  
— 几何场追迹+(GFT+)： m^ar:mK@  
 窄带单色仪系统的仿真 +J|LfXgB  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 KdHkX+-R  
hTby:$aCg  
2.系统说明 BBX/&d8n  
ny^uNIRPR  
*Z
.{1  
gV':Xe  
3.系统参数 Pk5\v0vkg  
r SoT]6/   
FChW`b&S  
d1^5r 31  
MGwXZ7?E  
4.建模/设计结果 Wx;%W"a  
<daH0l0  
.|L9}<  
'i3-mZ/|8  
总结 %O(W;O  
;Cx`RF w  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 MB>4Y]rtU  
1. 仿真 
xK1w->[  
以光线追迹对单色仪核校。 &V&beq4)p  
2. 研究 5>1c4u`x  
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。 V+0pvgS[  
3. 应用 Ug gg!zA  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 =.m/X>  
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。 8BS Nm  
oM#+Z qP  
应用示例详细内容 DBvozTsF~  
系统参数 OaN"6Ge#  
MbTmdRf  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 ,FRa6;  
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。 e*D,2>o  
yMgS0  
5PpS/I:on  
4 l+z  
2. 系统参数 !]7L9TGn  
@Y9tkJIt  
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。 9a1R"%Z  
_a?x)3\v  
h;cw=G  
6@(o8i   
3. 说明：平面波(参考) ]nxSVKE4p  
G [yI[7=d  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 $9Xn.,W  
1F2(MKOo!  
BH$hd|KD<  
!*"#*)S.  
4. 说明：双线钠灯光源 !Xq5r8]  
raP9rEs  
#xq|/JWs  
 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。 A4L.bBl  
 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)。 \/Zo*/  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 -3y $j+  
'J0Ea\,if0  
8)f/H&)>8  
m{yq.H[X  
5. 说明：抛物反射镜 ,;h}<("q  
v+d`J55  
PP6gU=9[)  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 lb}:!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。 cS#| _  
~!Rf5QA85  
3XUie;*`  
8feLhWg'P  
cdL0<J b,  
.z,`{-7U  
6. 说明：闪耀光栅 urD{'FQf  
+5Y;JL<%/  
a7z%)i;Z  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ]6WP;.[  
 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 |A)a =
'Ap  
'z};tIOKJk  
-}>H3hr  
;l@Ge`&u  
t0ZaIE   
!3
*%-8bp  
7. Czerny-Turner 测量原理 )Y=ti~?M(  
+DSZ(Zb4qY  
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。 5%fR9?)  
Q6PMRG}/o  
o~'UWU'#
 
)EsFy6K:  
PW*[(VX  
8. 光栅衍射效率 mGUG  
%cq8%RT  
R+=Xr<`%U|  
 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。 `S]DHxS  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 6?l|MU"Q.  
 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) }pT>dbZ
  
XiyL563gh  
Ke\FzZ]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 69``j{Z+  
*iVv(xXgN  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 0&6(y* #Z  
K=J">^uW  
0(|36;x  
J['?ud}@  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 u< 5{H='6  
t,yMO  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ^ Mq8jw(2  
xcXnd"YYE  
k=.pcDX  
N6/;p]|  
 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)。 fSm|anuKZe  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 f_r4*#&v  
X}]g;|~SN  
应用示例详细内容 .$r7q[  
&jF[f4:7  
仿真&结果 ~qb-uT\(99  
m/1;os5+8  
1. 结果：利用光线追迹分析 22v= A6 =  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 A}0u-W  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 :>, m$XO  
M}!E :bv'  
 k< g  
Jgzg[6  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd EceD\}  
Ccy0!re  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描
]iH~1[  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 G/_9!lE  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， W0N*c*k  
?lQ-HOAw  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 %`^{Hh`  
wO*x0$  
|6zx YuX  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms E>x,$w<?  
[O^mG 9  
3. 衍射效率的评估 d?1[xv;  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 sKGR28e  
$or8z
2d1  
>I*uo.OF  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 r>7Dg~)V  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd !wEz= i  
`EzC'e  
4. 结果：衍射级次的重叠 [X'u={  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 vo]$[Cp|4  
 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)。 P#ot$@1v  
 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
:O&FE  
 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) 2)+ddel<Z  
 光栅方程： &s_)|K  
T Ue=Yj  
vS+E
`[  
s%S; 9T  
{t QZqqdn@  
5. 结果：光谱分辨率 oh^QW`#(  
g.eMGwonTJ  
]sV) '-  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ];au! _o  
s<fzk1LZ  
6. 结果：分辨钠的双波段 Ox}a\B8  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 P)&qy .+E0  
   )w&k&TY4H  
YV/JZc f  
p& +w  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 lc\f6J>HT  
zFeo8S  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run \TTt!"aK  

eUm,=s  
7. 总结 kJG0X%+w  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 _q1E4z  
1. 仿真 cXG$zwS\  
以光线追迹对单色仪核校。 G7d)X^q!xS  
2. 研究 EZg$mp1  
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。 W>(p4m  
3. 应用 Y SD
|#0  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 <B3$ODGJp  
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。 ! )PV-[2  
扩展阅读 \N"=qw^ t  
1. 扩展阅读 )6 [d'2  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。
-mAi7[omh  
ZT%Q:]B+  
 开始视频 {/PiX1mn  
- 光路图介绍 i4^1bd  
- 参数运行介绍 yUp"%_t0  
- 参数优化介绍 M|uWSG  
 其他测量系统示例： B_#U|10et  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ]J>{ZL  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) eIY![..J/N  
c6Z\ecH9  
bf1EMai"  
QQ：2987619807 >pq= .)X}  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习