[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) mSFA i  
!14v Ovj4{  
应用示例简述 h;cw=G  
b|k(:b-G&.  
1.系统说明 YO@~y*,  
'2<N_)43$  
 光源 daQJ{Cd,w  
— 平面波(单色)用作参考光源 /W}"/W9  
— 钠灯(具有钠的双重特性) \4OU+$m  
 组件 E%Ysyk  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 8k Sb92  
 探测器 +rr
A>~  
— 功率 O6q5qA  
— 视觉评估 f.vJJa  
 建模/设计 NPE 4@c_a@  
— 光线追迹：初始系统概览 _w5c-\-PUM  
— 几何场追迹+(GFT+)： +-hfl/$  
 窄带单色仪系统的仿真 <{eJbNp  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 a63Ud<_a7  
z=rSb4"W  
2.系统说明 1)-VlQK p  
NeewV=[%  
=}+xD|T  
e:QH3|'y  
3.系统参数 sa"!ckh  
[F27i#'I]  
>(Wt  
0SZ:C(]  
Z+FhI^  
4.建模/设计结果 /)Weg1b  
|Yi_|']#  
9.Sv"=5gz  
yW}x  
总结 >+[{m<Eq  
QA~Lm  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 EhOB+Mc1  
1. 仿真 O3p<7`K<4  
以光线追迹对单色仪核校。 kxY9[#:<fB  
2. 研究 A(JgAV1{  
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。 WsmP]i^Q  
3. 应用 2<_|1%C  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 }A<fCm7  
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。 @`SlOKz!=  
6s:  
应用示例详细内容 '"V]>)  
系统参数 j|r$!gV  
TI^X gl~  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 X/S%0AwZ  
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。 x{VUl  
1W>0  
zgSv -h+f  
2&<&q J  
2. 系统参数 - SCFWc  
DPlmrN9@=  
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。 Rdy-6  
[ldx_+xa:E  
,Mu"r!MK  
5e c T.  
3. 说明：平面波(参考) "A}2iI  
YD;"_yH  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 KyzdJ^xC"  
`n%8y I%  
q{Gf@  
n!?u/[@  
4. 说明：双线钠灯光源 $4>x4*  
%T~LK=m  
$&0\BvS  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 
.!g  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 }vX/55  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 (0S;eM&  
k{+Gv}Y  
pIvr*UzY  
D{iPsH6};5  
5. 说明：抛物反射镜 x/?w1  
|\h<!xR  
!u%XvxJwDb  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 !MD uj  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 P<R'S  
q<Wz9lDMNR  
R"{oj]d;$F  
9*xv ,Yz8  
GuRJ  
A@ 4Oq  
6. 说明：闪耀光栅 pm'i4!mY<P  
Jnq}SUev  
1(m[L=H5>  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 kBJx`tjtp  
 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 d
2<+Pp  
a^Lo;kHY  
t;)`+K#1:  
4mwAo  
[O^mG 9  
d?1[xv;  
7. Czerny-Turner 测量原理 sKGR28e  
Z oQPvs7_  
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。 #w]@yL]|is  
FK`M+ j  
JCZ5q9b  
!l#n.Fx&3  
};nOG;  
8. 光栅衍射效率 `:;fc  
U jB5Xks  
HT=-mwa_]  
 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。 OA8iTn  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 kZHIzU  
 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) WR
fhxl  
Vi\kB
%  
>R2o7~  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 2/#%^,Kb2  
f!+G1z}iA  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 OE_A$8L  
JAP4Vwj%j  
8/+x1,S%  
kU[#. y=%p  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 v[=TPfX0  
hYU4%"X  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Bq#B+JwX  
IRB BLXv7\  
j+QE~L  
Xmaj7*f>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)。 ZH8Oidj`  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。
eUm,=s  
Y8%*S%yO  
应用示例详细内容 _1
6IP  
|
;(0]  
仿真&结果 CxJkT2  
s!F` 0=J^  
1. 结果：利用光线追迹分析 1JSKK.LuJV  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 .z&,d&E  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 2vx1M6a)L  
/yO|Q{C}M8  
2g:V_%  
},(Ln
%M  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ^%~ux0%^T  
S|v")6  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 sj\kp ni  
 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|PRk9  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， hTK6N  
oV Hh  
 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。 xRPUGGv  
!Xf7RT  
]9/{  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms "Zq)y_1  
.0f6b  
3. 衍射效率的评估 3X A8\Mg  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ,CA3Q.y>|  
UCF'%R  

RYem(%jq  
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。 P{_Xg,Z  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd :bV1M5  
[Uw/;Kyh  
4. 结果：衍射级次的重叠 ej&ZE n  
 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$oU6#U,h  
 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)。 &['cZ/bM
 
 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。 f+iM_MI  
 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) >@wyiBU  
 光栅方程： B2DWSp-8*  
VwxLElV  
VQ((c:+!  
mhZ60RW  
J_ S]jE{  
5. 结果：光谱分辨率 5<?s86GHh'  
=& .KKr  
9XSZD93
L  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run [>N`)]fP  
u#uT|a.  
6. 结果：分辨钠的双波段 &mJ +#vT  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 2N$yn  
   g<&n V>wF  
GN%|'eU  
slWO\AYiO  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 pk,]yi,ZF  
w;Jby  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run FJl_2  
NiCB.a  
7. 总结 ?rG>SA>o  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 S_ Pa .  
1. 仿真 _K5R?"H0  
以光线追迹对单色仪核校。 IxQ(g#sj_k  
2. 研究 a.O px
d  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 t'pY~a9F  
3. 应用 VkCh
RzhC  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 >PBP:s1f4>  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 q;<=MO/  
扩展阅读 ,|r%tNh<8$  
1. 扩展阅读 sKK*{+,kh;  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 eumpNF%$  
?=\&O=_ln  
 开始视频 bXw
!fYm&  
- 光路图介绍 GV"HkE;  
- 参数运行介绍 8:)W!tr  
- 参数优化介绍 X/l{E4Ex  
 其他测量系统示例： wVms"U.  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ra4$/@3n  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) dvl'Sq<  
f1_b``M  
[_pw|BGp  
QQ：2987619807 Wu!s  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习