[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) _n!W4zwi  
2~W8tv0^b2  
应用示例简述 _!E/em  
bB
XUD;$  
1.系统说明 j{H
,{x  
b:6e2|xf?  
 光源 kntn9G  
— 平面波(单色)用作参考光源 ey) 8q.5  
— 钠灯(具有钠的双重特性) Zl=IZ?F   
 组件 Y-:dPc{  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 z%[^-l-  
 探测器 >I*uo.OF  
— 功率 E9PD1ADR  
— 视觉评估 !wEz= i  
 建模/设计 *d,Z?S/  
— 光线追迹：初始系统概览 PRyzUG&  
— 几何场追迹+(GFT+)： s7na!A[  
 窄带单色仪系统的仿真 sn:wLc/GAd  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 "A3V(~%!  
bRK[u\,  
2.系统说明 APL #-`XC  
D=!5l4  
Xe:e./@  
_D~FwF&A  
3.系统参数 C;oT0(  
v L!?4k  
DeRC_ [  
5TVA1  
.V\:)\<|  
4.建模/设计结果 PitDk 1T  
Y|N.R(sAs&  
gqQ"'SRw  
f|-%.,  
总结 04QY x}a  
dI$M9;  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 \ q=Bbfzv  
1. 仿真 Fd/.\s  
以光线追迹对单色仪核校。 >p@v'h/Cr  
2. 研究 V[r1bF  
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。 ;`-@L  
3. 应用 >Yt+LdG!-  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 $WHmG!)*  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Vo:Gp  
 N2Q%/}+,  
应用示例详细内容 s2Hx
?~  
系统参数 p}O[A`  
a C<  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 2C_/T8  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 7\sRf/  
"`8~qZ7k  
!Au9C   
mnS F=l;;  
2. 系统参数 |\_d^U&`  
:Vl2\H=P  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 OVgx2_F  
_vgFcE~E@  
t~@
~XI5  
'SE?IE{  
3. 说明：平面波(参考) h,%b>JFo  
E{B=%ZNnm  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 =%+o4\N,  
Xj("  
&$+nuUA  
i#W0  
4. 说明：双线钠灯光源 [W{WfJ-HwG  
9 9S-P}xd  
tWN hFQ'  
 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。 UOAL7  
 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)。 X9oxni#  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 q=(.N>%  
:*MqYny&  
OD\F*Ry~  
ri?>@i-9=  
5. 说明：抛物反射镜 p!]$!qHO(  
$X%'j
e  
ui$JQ_P  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 Az"(I>VfD  
 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。 ,Kw]V %xOb  
a2tRmil  
6 (@U+`  
4OOH 3O  
7xr@$-U  
mzkv/  
6. 说明：闪耀光栅 JTn\
NSa  
[TFd|ywn  
!?u{2D  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 S_ Pa .  
 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 C+=8?u<  
ExDv7St1(k  
@ZUrr_|  
8vL2<VT;  
sWc_,[b  
(+^z9p7/!  
7. Czerny-Turner 测量原理 vm y?8E6+  
CMI V"-  
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。 ~7}aW#  
WzwH;!  
GV"HkE;  
8:)W!tr  
NEb M>1>^  
8. 光栅衍射效率 BD(Y=g  
Gec?  

<@puWm[p  
 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。 fd<a%nSD  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 #OT8_D  
 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~u@n24  
'zg; *)x1/  
D%+
cf  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd +KzbaBK  
4%s6 d,6"  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 \(db1zmS~  
z9B""ws  
|pA  
6(5YvT  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 &Oih#I  
sG6ts,={  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 LW$(;-rY  
1YrIcovi-  
<V~B8C!)  
@g{FNXY$m  
 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)。 k)t_U3i  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 oN
\IQ7oI  
~.*G%TW &V  
应用示例详细内容 dN%
*-p(  
m/T3Um  
仿真&结果 Q,f~7IVX  
N-9Vx#i  
1. 结果：利用光线追迹分析 ; m]KKB  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 {|E'  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 $q iY)RE  
a^ __Z3g,  
oE
H""Bd  
XDtMFig  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd =G9 9U/  
`;7eu=  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 /qd5{%:  
 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)。 $Sx(
vq6(  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， djk?;^8  
LrGLIt`  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 ye-EJDZN  
#aeKK7[  
5vmc'Om  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ]+ KN9  
U{JD\G8m  
3. 衍射效率的评估 ]27  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 KmYSYNr@,  
cUH.^_a  
:< d.  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 w!j'k|b>  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd x%!Ea{s  
zFba("E Z  
4. 结果：衍射级次的重叠 ~\oF}7l$  
 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。 ){I0  
 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)。 nr{#Krkb  
 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。 Sf>#Zqj/  
 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) y v58~w*"  
 光栅方程： sP'U9l  
_ g8CvH)?!  
h]>QGX[kC  
%4QpDt  
3n!f'" T  
5. 结果：光谱分辨率  =] +owl2  
Z^[ ]s1iP}  
B4Fuvi  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run (6crWw{3  
l"rX'g?  
6. 结果：分辨钠的双波段 EEn8]qJC  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 .}c&"L;W  
   zCe[+F  
Mp7X+
o/  
>lV'}0u)  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 rHa*WA;TE  
Iysp)  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ;TC"n!ew  
"OO)m](w  
7. 总结 YZk.{#^c  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 LG+2?+tE"  
1. 仿真 xep8CimP'  
以光线追迹对单色仪核校。 fpa~~E-  
2. 研究 h.*v0cq:  
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。 ]<*-pRN  
3. 应用 j>`-BN_  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 /os,s[w  
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。 /U 3Uuk:  
扩展阅读 ,(A $WT@e  
1. 扩展阅读 SaIY-PC  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 |JLXgwML  
q|g>;_  
 开始视频 <2SWfH1>  
- 光路图介绍 AGGT] 58|  
- 参数运行介绍 fgoLN\  
- 参数优化介绍 .]e_je_  
 其他测量系统示例： Z0[d;m*  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) "U-dw%b}b  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) o1?S*  
\2^o,1r/  
4Ql9VM%y  
QQ：2987619807 k2O3{xIjc  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习