[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) ?CCQm  
;$tdn?|  
应用示例简述 "9s}1C;Me  
LYAG
pcG  
1.系统说明 p*K #s1  
c,#=In2  
 光源 "d}']M?-h  
— 平面波(单色)用作参考光源 f (C:J[;Z  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ;FI'nL  
 组件 9z?c0W5x  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 RZEq@q  
 探测器 wmpQF<  
— 功率 =nHkFi@D=t  
— 视觉评估 HFB>0<$  
 建模/设计 !"FEp  
— 光线追迹：初始系统概览 L@RnLaoQ  
— 几何场追迹+(GFT+)： C;ab-gh  
 窄带单色仪系统的仿真 O0y0'P-rJq  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ;{8 X+H  
RrLj5Jq  
2.系统说明 Dj= {%  
$Ptl&0MN%  
[#wt3<d`)  
b73}
|4v  
3.系统参数 5xT, O  
E9Kp=3H  
?Kmz urG  
#Br`;hL<T  
?i_2ueVR  
4.建模/设计结果 %#fjtbeB  
9~^k3!>0  
Obu 6k[BE.  
2K3j3|T  
总结 8\nka5  
"z6p=B"?3  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Vh01y f  
1. 仿真 m Urb  
以光线追迹对单色仪核校。 CVY-U|xFY  
2. 研究 Rxw+`ru  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 d~.hp  
3. 应用 zgS)j9q}  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 RK*tZ  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 7aRy])x  
5T"h7^}e  
应用示例详细内容 dM,{:eID  
系统参数 gdAd7 T  
/:-ig .YY  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 /=V!lRs  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 ui"`c%2n  
{ zL4dJw  
JFu.o8[Q  
"tbKbFn9  
2. 系统参数 Hl}m*9<9us  
H[R6 ?H@$F  
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。 xhCNiYJ|  
l"&iSq!3=  
XYV`[,^h&  
E-X02A  
3. 说明：平面波(参考) F)l1%FCm  
D41.$t
[  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 >7?Lq<H  
V[8!ymi0  
e*<pO@Uy  
W;X:U.  
4. 说明：双线钠灯光源 g5nL7;`N  
0p,_?3nX  
=%77~q-HL  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。
@Rd`/S@  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 #VZ-gy4$\B  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 .^- I<4.  
_0&U'/cs  
(h&=Na~  

zYis~+  
5. 说明：抛物反射镜 M6[O>z  
!bW^G} <t  
n>o=RQ2  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 pBVzmQF  
 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。 @q|c|X:I  
9)F$){G]vs  
,]@Sytky  
1<]?@[l<  
>'3nsR  
47&p*=  
6. 说明：闪耀光栅 }Zp[f6^Q  
O/l/$pe  
N]I::  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 lo7>
$`Q  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 =4/K#cQ  
~:b5UIAk  
M\08 7k  
B.?@VF  
ypvz&SzIh  
4?`*#DPl  
7. Czerny-Turner 测量原理 f 0/q{*  
m*AiP]Qu  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 bz\nCfU  
Q-e(>=Gv_  
@ +>>TGC  
5N#Sic M  
wWJM./y  
8. 光栅衍射效率 ocj^mxh=O  
&7w*=f8I  
ZyrVv\'  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 U uSCqI};  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 _o6Zj1p  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) k~iA'E0-  
1VPxCB\  
a^)@}4  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd *kNXju  
)5<c8lzp  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 0fw>/"v  
Y-y}gc_L  
9!Bz)dJ3  
qD(dAU  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 k|rbh.Q  
fp$U%uj  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 tIW~Ng  
Ix.Y_}  
dJ7!je1N*  
XNkZ^3mq  
 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)。 xtd1>|  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Wl{}>F`W[  
r4pR[G._  
应用示例详细内容 K1*V\WRW5  
'q{d? K  
仿真&结果 ugQySg>  
\x~},!l  
1. 结果：利用光线追迹分析 8sU}[HH*1  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 !?GW<Rh  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 kXZG<?  
{xQ(xy  
_vOSOnU  
~ll+/w\4  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd RA:3ZV  
3\?y
jL^  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ]]V|]}<)m  
 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)。 F t;[>o  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ds'7zxy/  
g:[yA{
Eh  
 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。 =\x(Rs3  
j.g9O]pi  
Ehg(xK  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ka| 8 _C^z  
b^&nr[DC  
3. 衍射效率的评估 @HP7$
U"  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 uVLKR PY  
2PEA<{u  
.Za)S5U  
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。 +r 8/\'u-  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd <):= mr7  
cy( WD
#^  
4. 结果：衍射级次的重叠 0)9'x)l:  
 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。 fqD1Ej  
 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)。 h$a%PaVf  
 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。 cDLjjK7:   
 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) j# !U6T  
 光栅方程： {h}e 9  
-i"?2gK  
4 JDk()  
6e:#x:O  
S2"HE`  
5. 结果：光谱分辨率 J4q_}^/2w  
0I"r*;9?K  
tF~D!t@  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run L [=JHW  
SR
*KZ1U  
6. 结果：分辨钠的双波段 4{Af 3N  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 "'*w_H0  
   ^U]B&+m  
M%qHf{ B  
n8'#'^|  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 rnS&^  
N9gbj%+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run )CUB7D)=  
hScC<=W  
7. 总结 s|o+ Im  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 2H2Yxe7?-  
1. 仿真 xjg(}w  
以光线追迹对单色仪核校。 ~SR9*<  
2. 研究 &u~#bDh  
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。 YuKg|<WO  
3. 应用 %<[U\TL`  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 <t"|wYAa_  
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。 M5T4{^i  
扩展阅读 @;ob 4sU  
1. 扩展阅读 ~mK|~x01@  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ZBl!7_[_  
j55;E E!  
 开始视频 o=y0=,:a?9  
- 光路图介绍 ud:5_*  
- 参数运行介绍 6
z ,nt  
- 参数优化介绍 WHKe\8zWq  
 其他测量系统示例：  mPS27z(  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) YK6zN>M}E  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) B4 +A  
6PdLJ#LS  
?5jq)xd2  
QQ：2987619807 jltW@co2sV  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习