[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) I;:_25WGC  
LfM(DK  
应用示例简述 ;#y
z i2f  
o?+e_n=  
1.系统说明 c&(,  
~kT{O!x}4  
 光源 YKd?)$J  
— 平面波(单色)用作参考光源 Bd[Gsns  
— 钠灯(具有钠的双重特性) %y+j~]^:  
 组件 $Ws2g*i  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 @sO.g_yM  
 探测器 EA#!h'-s  
— 功率 ]+9:i!s  
— 视觉评估 m
uY^Fx  
 建模/设计 .6#2i <oPW  
— 光线追迹：初始系统概览 qrYeh`Mv  
— 几何场追迹+(GFT+)： ?=rh=#  
 窄带单色仪系统的仿真 TY?io@  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ka%pS  
"ZW*O{  
2.系统说明 R~-q!nC  
IxR:a(  
3$;v# P$%N  
>i E  
3.系统参数 5L#M
7E  
-.{7;6:(k  
Z3{Qtysuv3  
J?$uNlI  
>UH=]$0N  
4.建模/设计结果 Fj4:_(%nG  
tjt#VFq?  
 ond/e&1  
Kn|dnq|G  
总结 wE2?/wb  
Ta$<#wb  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 0g4cyK~n]  
1. 仿真 Mla,"~4D5  
以光线追迹对单色仪核校。 %SXqJW^:  
2. 研究 :+$_(*Z  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 v)EJ|2`  
3. 应用 YN[D^;}  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 9,+LNZ'k  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 #*@Yil=1  
gO36tc:ce  
应用示例详细内容 VF.S)='>Eu  
系统参数 4r$t}t gX  
'/?&Gol-  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 p*A//^wQ  
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。 5T`39[Fya  
L^}kwu#  
(ol 3vt  
isqW?$s  
2. 系统参数 cvt
2P}ma#  
5E}i<}sq5  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 on|>"F`pb  
HAXx`r<  
e2v,#3Q\  
ZN^Q!v  
3. 说明：平面波(参考) RIlPH~  
@VFg XN  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 f,*e?9@;s  
N !:&$z-  
;x"B ):?\  
^z1WPI  
4. 说明：双线钠灯光源 qSR %#  
iC">F.9#  
m`t7-kiZ  
 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。 MwZ`NH|n3"  
 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)。 4e4$AB"  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 hLF@'ln  
[z?XVl<  
BScysoeD  
Z|.. hZG  
5. 说明：抛物反射镜 V.}U p+WL  
TG($l2  
<K~#@.^`  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 8G=4{,(A  
 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。 @eul~%B{X  

e_e|t>nQ  
' x|B'  
VrDvd  
XyhdsH5%3!  
J_tJj8  
6. 说明：闪耀光栅 &c'unKH  
Y,9("'bo  
>2$M~to"1  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 9r!%PjNvE  
 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 a)xN(xp##  
/[mCK3_  
(jXgJ" m  
/bVI'fT  
|h;MA,qva  
F4@h}T5)  
7. Czerny-Turner 测量原理 = h
pX2/]  
-?ip?[Z  
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。 $`i&\O2*  
b'G4KNW  
A%Ao yy4E  
SFuzH)+VO  
joa$Y6  
8. 光栅衍射效率 6oC(09  
sUA)I%Q!  
,
30&VW##  
 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。 B^oXUEOImq  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 w>#~_x,`  
 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) 6(wpf^br2  
yjr!8L:m  
L3&NGcd  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ^LZU><{';  
he/FtkU  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 {8E hC/=  
")TI,a`  
B}:[~R'  
~;{)S}U@R  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 QjPcfR\  
0L|A  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 g5H+2lSC  
.L8S_Mz  
nU/v(lN  
|d8/ZD  
 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)。 {BgGG@e  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 R#gip  
#[2]B8NZ  
应用示例详细内容 o-R;EbL  
-\LB>\;qn  
仿真&结果 9NVe>\s_  
2@=
JIMtc  
1. 结果：利用光线追迹分析 op[5]tjL  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 5gi`&t`  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 XjWoUnz  
0,,x|g$TpT  
s fazrz`h  
>0{{loqq  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ze]2-
B4  
=d`,W9D  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 dqnxhN+&  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 + 6O5hZ  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Qu!Lc:oM?  
>lRX+?  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 @2]_jW  
M&xfQNE  
x# 0(CcKK  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ^b'|`R+~}  
]7Tjt A.\q  
3. 衍射效率的评估 Kt9:V,  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 JZ'`.yK:  
9)'L,Xt4:T  
_yumUk-QW  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 UuW"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 5nQ*%u\$Z  
0[jy  
4. 结果：衍射级次的重叠 l$z\8]x  
 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。 |lrLTI^a  
 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)。 7i,}F|#8  
 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。 Xh;Pbm|K  
 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) 94LFElE3  
 光栅方程： ._Wm%'uX  
\XD&0inv  
zaf%%  
I HgYgn  
Q >] v?4  
5. 结果：光谱分辨率 "8>*O;xk  
+2!F6"hP  
ANZD7v6a  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run y7txIe!<5  
22)2o
lU  
6. 结果：分辨钠的双波段 $d'GCzYvZ  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 KpA i
Ke  
   VD#`1g<  
C AVqjT7  
dUyit-  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 IxHusB  
76(-!Z@=J  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Zqc+PO3lw  
Ol"*(ea-TX  
7. 总结 8xW_N"P.>  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 J*IC&jH:  
1. 仿真 !7]4sXL{  
以光线追迹对单色仪核校。 e/'d0Gb-  
2. 研究 1-!u=]JDE  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 3@f@4t@5V  
3. 应用 ?KDI'>"-v  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 RBd{1on  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 #p_3j 0S  
扩展阅读 Ew~piuj  
1. 扩展阅读 +}@1X&v:  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 21_>|EKp  
A M8bem~  
 开始视频 dcew`$SJp  
- 光路图介绍 \#Ez["mD  
- 参数运行介绍 sN.h>bd  
- 参数优化介绍 3R>U^ Y  
 其他测量系统示例： cD{I*t$  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ]~iOO %&R  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) rf?Q# KM\W  

Nz %{T  
7vax[,aI  
QQ：2987619807 q^ lx03   

楼上你有图中的仿真文件么

想学习