[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) H\O|Y@uVr  
x[)S3UJ  
应用示例简述 VB[R!S
=  
yX8F^iv[  
1.系统说明 /]YK:7*98  
'2%hc\P6P  
 光源 `_f3o,5  
— 平面波(单色)用作参考光源 p*>[6{$3)O  
— 钠灯(具有钠的双重特性) (US8Sc  
 组件 EmLPq!C  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 <,LeFy\zW  
 探测器 K<V(h#(.@  
— 功率 [7$<sN<'  
— 视觉评估 z9VQsC'K  
 建模/设计 3Hq0\Y"Y  
— 光线追迹：初始系统概览 H-I*;  
— 几何场追迹+(GFT+)： IQH;`+  
 窄带单色仪系统的仿真 ma-|L3 #  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 f(9w FT  
~kYF/B2*  
2.系统说明 @w2}WX>  
[T
NYPA>{  
2!jbaSH(+  
C@KYg/nYw  
3.系统参数 Bw{W-&$o  
^%\p; yhL  
8y+Gvk:  
~L?p/3m   
L*FnFRhU  
4.建模/设计结果 fF>H7  
dkCSqNFL)  
8l?]UFM>C  
T nPC\.x  
总结 :S,#*rPKBK  
^ 41p+  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 :s8,i$Ex  
1. 仿真 b
cOX/  
以光线追迹对单色仪核校。 +L_.XToq-  
2. 研究 <KJ18/  
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。 RPLr7Lb  
3. 应用 FmnA+fA  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 OxqP:kM  
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。 |z5olu$gVc  
-'ZP_$sA  
应用示例详细内容 :Z&ipd!yY  
系统参数 c5U1N&k5&  
\2~.r/`1  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪
/oWB7l&  
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。 ti'OjoJL  
QAu^]1;  
} 1c5#Ym  
ZtIK"o-|!  
2. 系统参数 dU+1@_  
Y/{Z`}  
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。 V1(eebi|  
j8N
8|\n-  
FSH6C2  
J|3CG;+  
3. 说明：平面波(参考) 0k3
^+#J  
a3p|>M6E  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 LZ^sc  
bv|v9_i  
LV9\  
783a Z8  
4. 说明：双线钠灯光源 vn|X,1o  
f *)t<1f  
igz&7U8gg  
 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。 v3`J~,V<  
 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)。 viKN:n! Ev  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 <$ '#@jW  
bp5hS/A^1w  
M~3(4,  
t$s)S>  
5. 说明：抛物反射镜 x37r{$2  
J&h 3,  
8B\,*JGY2  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 5%+T~ E*  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 R(x%<I  
r\L:JTZ$  
& yw-y4 =  
g2F~0%HY  
>N44&W  
%#|S  
6. 说明：闪耀光栅 ox)/*c<  
WqwD"WX+w  
$^`hu%s,~  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ?ILNp`k  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 F5)Ta?3|"<  
e3',? 5j  
s2&UeYbIs  
GAPZt4Z2  
}8 ,b;Q  
/n(0nU[  
7. Czerny-Turner 测量原理 OhIUm4=|$  
:qw:)i  
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。 O+(Z`,^  
%K?~$;Z.  
4oCnF+(  
d0|Q1R+3  
At.WBa3j%{  
8. 光栅衍射效率 R?^FO:nM%!  
>uxak2nM-  
#F[6$. Gr  
 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。 A@&+!sO  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 qAkx52v6  
 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) ^oaG.)3  
<g,xc)[  
`[Kh[|  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd cLJ|VD7  
]ujH7T  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 7Nx@eoZ  
#& Rx(  
L"#Tas\5  
babDLaC@  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 RrGS$<  
awo=%vJ&  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 v
Ppbm  
'[:].?M  
[Fjh  
:9]23'Md  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 J:pn
mZ`X  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 vk.Y2 :  
B.|2w  
应用示例详细内容 Hya*7l']B  
5v!Uec'+  
仿真&结果 rJD>]3D5p  
'}LH,H:%G  
1. 结果：利用光线追迹分析 {h|3P/?7  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 G;wv.|\  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 NAHQ:$  
C6Dq7~{B  
m6aoh^I  
R4pbi=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd TkmN.@w_C  
fM \T^X  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 }evc]?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)。 Qy$8!(  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， G }TT-  
wf<uG|90  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 
6WI_JbT~  
()3+!};  
X!nI{PE  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms b<Pjmb+  
:IbrV@gN{@  
3. 衍射效率的评估 |M0 XLCNd_  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 CK'Cf{S  
hq(3%- 7&  
dax|4R  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 ~d){7OG  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd irgjq/&d  
[uZU p*.V  
4. 结果：衍射级次的重叠 q>!T*BQ  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 9]7+fu  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 DlfXzKn;  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 &> }MoB  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) A7~)h}~   
 光栅方程： T|Z
T&x$z  
TJLz^%t  
*E+)mB"~  
4$SW~BpQ  
H*;J9{  
5. 结果：光谱分辨率 mS!/>.1[  
ely&'y!  
{%b>/r  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ,&z
_ 2m  
si%f.A#  
6. 结果：分辨钠的双波段 2zArAch  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 %+x
h  
   P^VV8Z>\&  
~sMn/T*fv  
izmL8U ?t  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 0z.`
 
C@hnT<e  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run bZERh:%o  
kZPj{^c:  
7. 总结 lt5~rH2  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 r{p?aG  
1. 仿真 ] M_[*OAb  
以光线追迹对单色仪核校。 B~LB^ n(>@  
2. 研究 &'T7 ~M:  
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。 g7_a8_  
3. 应用 BU]9eF!>h  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 \AkeC6[D  
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。 )wSsxX7:  
扩展阅读 /HI#8  
1. 扩展阅读 &..'7  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Kgk9p`C(  
3U1xKF  
 开始视频 |p.mA-81  
- 光路图介绍 Z+I[  
- 参数运行介绍 @iao"&  
- 参数优化介绍 9~Q.[ A  
 其他测量系统示例： }SUe 4r&4}  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) EDL<J1%  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ,i,f1XJ|  
yd`.Rb&V  
+#'exgGU^[  
QQ：2987619807 <Pg.N  

楼上你有图中的仿真文件么

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