[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) (d_{+O"  
?!Y2fK=h0  
应用示例简述 >zXw4=J  
BVG 3 T  
1.系统说明 * ,,D%L  
1h|JKu0  
 光源 \ ddbqg?`  
— 平面波(单色)用作参考光源 Kg9REL@,s  
— 钠灯(具有钠的双重特性) "Y4tt0I  
 组件 xZBmQ:s',S  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 \07 s'W U  
 探测器 HdLVXaD/  
— 功率 |FH/Q-7[  
— 视觉评估 {4UlJ,Z.n  
 建模/设计 7|\[ipVX:3  
— 光线追迹：初始系统概览 +.
{_n(kU  
— 几何场追迹+(GFT+)： )'92{-A0  
 窄带单色仪系统的仿真 6X)8vQH  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 EY':m_7W  
IeE+h-3p  
2.系统说明 &`{%0r[UD#  
jP
hOk>m  
8\/E/o3  
R|`}z"4C  
3.系统参数 om|
M=/^  
ACc.&,!IZ  
.BuY[,I+  
VMsAT3^w  
bNj| GIf  
4.建模/设计结果 )N<>L/R  
x-Yt@}6mvl  
Jt@7y"<  
zAS&L%^tV  
总结 jO3Z2/#  
27}k63\  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 's+ Fd~'  
1. 仿真 :U^a0s%B  
以光线追迹对单色仪核校。 t: r   
2. 研究 Lr_+)l  
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。 RR*<txdN  
3. 应用  jmz, 1[  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 J8~3LE )G  
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。 YB.r-c"Y  
lhKd<Y"  
应用示例详细内容 0(h *<g:  
系统参数 |&o%c/  
Jx(%t<2  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 P%(pbG-X.  
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。 /EA4-#uw  
D\bW' k]!  
rer=o S  
B/&axm%0  
2. 系统参数 N_UZu  
G/bWn@  
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。 Lr V)}1&5  
9co1+y=i{  
U_y)p Cd  
Atzp\oO  
3. 说明：平面波(参考) s+$l.aIO!  
8!'#B^  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 \M'b%  
8(\Az5%  
!Yz~HO,u+  
1)X%n)2pr  
4. 说明：双线钠灯光源 pTX{j=n!  
s-J>(|  
z<hy#BIjnd  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 ZOi8)Y~  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。
Ul)2A  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 oOnk,U  
h1:uTrtA  
p9y "0A|  
IF(W[J  
5. 说明：抛物反射镜 0bVtku K;G  
rc<^6HqD  
:w_Zr5H]  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 s 'u6Ep/V  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 ;lB%N t<,  
b`u
sRoD{+  
SL? ! RQ  
 e%afK@c  
XTUxMdN  
z;xp1t@  
6. 说明：闪耀光栅 DyD#4J)E  
c5+oP j  
ICN>8|O`&  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Hp
C|dtro  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 h7)^$Hd  
k3da*vwE  
2G=Bav\n+  
)!SVV~y  
nw+L _b  
U}x2,`PI  
7. Czerny-Turner 测量原理 rp6Y&3p.  
0m(/hK  
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。 
Xai ,  
cZuZfM
DM  
gLa#y  
x$Ko
|:-  
&cV$8*2b^  
8. 光栅衍射效率 Oz#
$x  
w}c1zpa  
M}k )Ep9  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 DN2K4%cM%'  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 r :{2}nE  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) 2Vxr  
N)K};yMf  
mT <4@RrB  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd [ dpd-s  
,B(UkPGT  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 f ?_YdVZ  
(C={/waJ  
7L|w~l7R~  
|\TOSaZ  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 P%z\^\p"5  
OkGg4X|9  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 'Cd8l#z7  
>"q0"zrN,  
"^u  
\$}xt`6p  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 bo '  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 *v)JX _  
iJv4%|9  
应用示例详细内容 y44FejH(v  
ywXerz7dUk  
仿真&结果 Ir|Q2$W2^c  
:~3sW< PR  
1. 结果：利用光线追迹分析 <"{Lv)4  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 []/=!?5B  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 R/R[r> 1)6  
yw^t6E  
%Qgo0  
4-^
|e  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd k!H;(B"s-  
C(Ujx=G+3  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 @+h2R  
 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)。 QDYS}{A:V  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， #F@53N  
8+{WH/}y8  
 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。 ^)<>5.%1''  
Y$uXBTR`y/  
0kS[`a(}J  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms N3g[,BE  
q{@j$fMt0  
3. 衍射效率的评估 pXL_`=3Q  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 M>P-0IC  
"5C)gxI^  
}@=m[Zx#  
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。 KT~J@];Fb  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd S!A)kK+  
z=<x.F  
4. 结果：衍射级次的重叠 1v!Xx+}  
 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。 } R!-*Wk  
 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)。 #qWa[k
B  
 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。 7GY[l3arxv  
 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) zk=5uKcPE  
 光栅方程： o)
F^0t  
|C?<!6.QmV  
RKFj6u  
~j}di^<{  
c) Zid1  
5. 结果：光谱分辨率 jG)fM?  
u:&gp  
| VPs5  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run g#ubxC7t<  
KGdL1~  
6. 结果：分辨钠的双波段 <\!+J\YTA  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 %>`0hk88  
   LL|$M;S  
pqFgi_2m  
O&!>C7  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 TV\21  
5jD2%"YUV  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run s<Pk[7`*  
-'3~Y 2#  
7. 总结 o#gb+[  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 r7o63]  
1. 仿真 8X!^ 2B}J  
以光线追迹对单色仪核校。 eE5U|y)_  
2. 研究 hd1(q33  
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。 <
iVn!P  
3. 应用 [}q6bXM*  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 4CVtXi_Y  
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。 5xX*68]%  
扩展阅读 U">w3o|  
1. 扩展阅读 +pp|Qgr 3  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 "- @{ )  
n,}\;Bp  
 开始视频 LnP={s

 
- 光路图介绍 <o,]f E[  
- 参数运行介绍 ,0O9!^  
- 参数优化介绍 pe$" nUy|  
 其他测量系统示例： XcB!9AIO  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) %
Ez=  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) V`qHNM/t  
f(!:_!m*  
`wz@l:e  
QQ：2987619807 bzD <6Z  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习