[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) T<a/GE/  
dp|VQWCq  
应用示例简述 JKjVrx> @  
4lp90sa  
1.系统说明 7M.TLV!f]  
r$Tu``z \  
 光源 +sY8<y@%  
— 平面波(单色)用作参考光源 UM(`Oh8  
— 钠灯(具有钠的双重特性) H6.  
 组件 c*!xdK  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 E[=#Rw!*  
 探测器 /z)H
7s+  
— 功率 >LAhc7I  
— 视觉评估 =JW.1;  
 建模/设计 S%Bm4jY  
— 光线追迹：初始系统概览 6Cpn::WW}  
— 几何场追迹+(GFT+)： J/k4CV*li(  
 窄带单色仪系统的仿真 C#l9M
xZE  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 oF(=@UL  
_xz>O[unf  
2.系统说明 ^D]y<@01  
w3>.d(Q  
>gTQD\k:D  
l0&U7gr  
3.系统参数 AMSn^75  
j e;^i,&  
J|uSj/8  
qKjUp"  
3?x}48  
4.建模/设计结果 zI&).  
X[E!q$ag  
P3_&(  
3E$h W  
总结 FdE9k\E#/)  
+\GuZ5`  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ] <y3;T\~  
1. 仿真 *7`amF-  
以光线追迹对单色仪核校。 3bK=Q3N  
2. 研究 5uAUi=XA>S  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 jQX9KwSP  
3. 应用 i}_d&.DbF  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 #W2#'J:l  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 E/Adi^  
a IgV"3  
应用示例详细内容 ,9"A"p*R  
系统参数 jlM%Y ZC  
rhH !-`m  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 ApotRr$)  
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。 qG8-UOUDt  
omZ bn  
}Zp5d7(@w  
V5up/6b,1  
2. 系统参数 MngfXm  
"SFs\] 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。 wpepi
8w,  

`XK+Y  
|W;EPQ+<  
VCCG_
K9'  
3. 说明：平面波(参考) Z*kZUx7I<  
gVpp9VB  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 k}908%w  
q@%9Y3  
39Zs  
;o?Wn=J  
4. 说明：双线钠灯光源 {3kI~s  
eSA%:Is.  
QMBV"E_aY  
 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。 Ku<_N]9  
 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)。 V~ [I /Vi  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 E?^A+)<"  
=:pN82.G  
I.L8A|nZ  
Z<~^(W7h  
5. 说明：抛物反射镜 ("rIz8b  
Fwfe5`9'  
% ovk}}%;  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 !|;w(/  
 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。 o](nK5?  
K$Yc!4M  
'$5o5\  
J6*B=PX=(  
_.ELN/$-  
$C?G7Vs  
6. 说明：闪耀光栅 ~zA{=|I2  
aFrVP  
C@q&0\HN  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Co^a$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 YcJ2Arml  
6P:H`  
?.&?4*u  
Or[uq,Dm16  
8L}N,6gC4_  
s7#|'jhZt  
7. Czerny-Turner 测量原理 rXR}]|;>  

R@H}n3,  
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。 )gq(
 
R WU,v{I9  
Cb/?hT  
m K@a7fF?  
|~3$L\X  
8. 光栅衍射效率 .+cYzS]!  
3((53@s98  
*>XY' -;2e  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 6lc/_&
0  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 ^. i;,  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) P!)k4n  
%C8fv|@:f  
dLek4q `l  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd =7Y gES  
5bzYTK&-  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 FE/2.!]&o  
iAlFgOk'  
AH(O"v`  
xR,;^R|C  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 "rA:;ntz  
x{|n>3l`b9  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 9N'um%J3%s  
{l7@<xZ??M  
8c'0"G@S  
jdYv*/^  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 ^Y:Q%?uB/  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 \'L6m1UZ%  
g loo].z  
应用示例详细内容 =c8U:\0  
)LYj,do  
仿真&结果 1% )M-io  
uXNf)?MpA  
1. 结果：利用光线追迹分析 @zJ#16Vi  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ;v6e2NacM'  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 | We @p  
5W!E.fz*T  
s geP`O%  
G\H@lFh  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ?mt$c6-
 
x./jTebeO  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ZtEHP`Iin  
 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)。 *3
<m<<>U  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， _+8$=k2nM  
XY|-qd}A  
 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。 'eo2a&S2D  
Hf %;FaJ=  
/d >fp  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms i c]f o  
Z<r&- !z  
3. 衍射效率的评估 rDYq]`  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 1{"fmV  
o\Hg2^YY>  
i*Y/q-N|  
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。 PSHs<Z47  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd "MXd!  
yHt63z8'  
4. 结果：衍射级次的重叠 hpXu3o7e  
 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。 L#u6_`XJ+  
 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)。 kQIWDN  
 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。 9~,eu  
 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) <UQ:1W8>B  
 光栅方程： $vy.BYFm  
W{;!JI7;z  
f8?K_K;\   
`s:| 4;.  
8XJ%Yuu  
5. 结果：光谱分辨率 =-`+4zB\  
66'TdF]"  
1}8e@`G0.]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run >uOc#+5M.  
+d6E)~qKL  
6. 结果：分辨钠的双波段 u'K<-U8H  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 K?T)9  
   O~,^x$ve  
\0WMb  
\k1Wh-3  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ydns_Z  
,(`@ZFp$  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run xJ
&StN/'  
c= a+7>  
7. 总结 cR5<.$aY  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ?>o39|M_w  
1. 仿真 bvu` =  
以光线追迹对单色仪核校。 DR0W)K ^  
2. 研究 c>UITM=!I  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 W&!Yprr  
3. 应用 Ew;<
iY[  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ,Fr{i1Ky  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 QHs]~Ja  
扩展阅读 R9CAw>s  
1. 扩展阅读 9i`LOl:;  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 `P z !
H  
IWT##']G  
 开始视频 r>)\"U#  
- 光路图介绍 [U jbo
x  
- 参数运行介绍 <aHK{*'3  
- 参数优化介绍 s{q2C}=$?D  
 其他测量系统示例： C3_*o>8  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ;OKQP~^iH2  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) I'@ }Yjm|  
)@Zel.XD  
QHM39Eu]  
QQ：2987619807 0Hz3nd?v  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习