[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) v*.[O/,EBR  
%a_ rYrL  
应用示例简述 '\MYC8"  
Q=,6W:j  
1.系统说明 xe~l
V  
A*$JF>`7  
 光源 CWTPf1?eB  
— 平面波(单色)用作参考光源 S[2uez`  
— 钠灯(具有钠的双重特性) *v'
d1.Z  
 组件 kgq"b)  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 X3bPBv  
 探测器 6cF~8  
— 功率 *[P"2b#  
— 视觉评估 bc?\lD$$  
 建模/设计 J@Qt(rRxi  
— 光线追迹：初始系统概览 W7F1o[  
— 几何场追迹+(GFT+)： 95wi~^^  
 窄带单色仪系统的仿真 4P406,T]r  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ,
m`>  
/e2CB"c  
2.系统说明 -kGwbV}  
MsaD@JY.y  
fAMk<?  
o#D;H[' A  
3.系统参数 _uYidtxo=  
qM$4c7'4P6  
d;4LHQ0yU  
>{v,HOxl  
""; Bq*Y#  
4.建模/设计结果 ~yGD("X  
rT&rv^>f  
+;T `uOF}  
t-gLh(-.  
总结 69 >-  
@PaOQ@  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 V!{}%;f  
1. 仿真 Sj[iKCEKtv  
以光线追迹对单色仪核校。 Z7="on4  
2. 研究 ^n@dC?  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 D(' w<9.  
3. 应用 +nz6+{li\  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 f"{|c@%  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 mm l`,t8  
UdiogXZ  
应用示例详细内容 .Wr
%l$~  
系统参数 b-`=
^ny)K  
}Ai_peO0a  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 =o!1}'1}}  
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。 7K5D,"D;1  
MXsCm(  
c)b/"  
7xhBdi[ dQ  
2. 系统参数 5Al1u|;HB  
X0}+X'3  
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。 *\n-yx]  
9sgyg3fv>5  
MzRliH8e  
R [[ #r5q  
3. 说明：平面波(参考) TI<?h(*R_  
S{0iPdUC  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 +D@+j  
4eRV?tE9  
a(eKb2CX  
.:b&$~<  
4. 说明：双线钠灯光源 ;!C~_{/t  
O-=~Bn _  
OxC8xB;`  
 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。 )Z=S'm k4_  
 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)。 AW R  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 l9P=1TL  
4#D<#!]^  
UyUz_6J  
\Zgc [F  
5. 说明：抛物反射镜 wAvnj  
K!+IRA@  
}#<mK3MBe  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 it#,5#Y:  
 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。 4%GwCEnS  
jY+uOH  
V#P`FX  
%*A|hK+G:W  
}t FRl  

y"L7.B  
6. 说明：闪耀光栅 o?O> pK  
WSKubn?7B  
(>R  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 B*3<(eI  
 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 Wp |qv  
j(>~:9I`  
L|*0 A=6  
j`o_Stbg  
Gm.sl},  
~ubcD6f  
7. Czerny-Turner 测量原理 "T4buTXJ  
yW)&jZb"(  
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。 ea3f`z  
n([9U0!gu  
+I>V9%%vW_  
t8?$q})RL  
A0l-H/
l7  
8. 光栅衍射效率 q(9S4F   
?heg_~P  
buu /Nz$  
 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。 8JFvz(SK>  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 Gv+$7{  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) #WlTE&  
Klj -dz  
Py~1xf/  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd @d1YN]ede  
#7r13$>!  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 oO4hBM([  
QnTKo&|9  
N!~5S`  
{~"fq.h!M  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 wsEOcaie  
@j`gxM_-O  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 oB$c-!&  
\n>7T*iM&  
s|[Cv
jL#0  
?_t_rF(?6  
 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)。 o6/"IIso3  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 EGysA{o"X  

|r+w(TG  
应用示例详细内容 ?P%-p  

vs%d}]v  
仿真&结果 bamQ]>0|>!  
^5n#hSqZ=M  
1. 结果：利用光线追迹分析 ^r@,(r6w  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ?ocBRla  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 TFG0
~"4Cz  
Jq*Q;}n  
;Qi0j<dXd  
vI20G89E  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd r7jh)Q;BbR  
{`ByZB  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 =eyPo(B  
 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`Vyz*  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， dlRTxb^Y>u  
^jE8 "G*  
 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。 BIXbdo5F  
f=IF_|@
^S  
-nQ
(.#-n  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms  :!/ (N  
G$[Hm\V  
3. 衍射效率的评估  c+upoM  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 &>xz  
64qqJmG3  
t"nxny9&  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 RpwDOG  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd m(w9s;<  
J-z<&9  
4. 结果：衍射级次的重叠 B8~bx%)3T  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 GmH`ipi  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 9Cs/B*3)b  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 'Ll'8 ps  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) nyL$z-I)  
 光栅方程： 2 b80b50  
c"diNbm[  
v,!`A!{D  
](^FGz  
+y^'\KN  
5. 结果：光谱分辨率 ct
@3]  
quS]26wQz  
vDIsawbHD  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run &ZL4/e  
*z^Au7,&  
6. 结果：分辨钠的双波段 jN!VrRA  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。
30YH}b#B  
   <m,bP c :R  
v0(_4U]/  
d~q7!  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 7AF6aog  
KMx '(  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run hh[x(O)TC~  
kP1cwmZ7F  
7. 总结 RG9iTA'  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 sB!6"D5
 
1. 仿真 IdCE<Oj\  
以光线追迹对单色仪核校。 a@-bw4SD  
2. 研究 3G'cDemc  
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。 X o[GD`t  
3. 应用 ;B!p4hu  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 I#'yy7J  
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。 d.Q<!Au3  
扩展阅读 <Ira~N  
1. 扩展阅读 '
;m;K (g  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 :kC*<f\  
2Vs+8/  
 开始视频 ,u9>c*Ss\  
- 光路图介绍 >`<qa!9  
- 参数运行介绍 $h[Q}uW  
- 参数优化介绍 \0Ba?  
 其他测量系统示例： bAld'z#  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ]TN/n%\  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 7=s7dYlu  
B>[myx  
EHfB9%O7y  
QQ：2987619807 !b$]D?=}  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习