[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) Z(mUU]  
EL 5+pt  
应用示例简述 2~4:rEPJ:  
w0Qtr>"  
1.系统说明 zF1!a  
uo9#(6
 
 光源 kK6OZhLH  
— 平面波(单色)用作参考光源 %w;qu1j  
— 钠灯(具有钠的双重特性) g`Z=Y7jLH  
 组件 CMt<oT6.?  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 iC"iR\Qu  
 探测器 8q2a8I9g  
— 功率 x~5uc$  
— 视觉评估 As:O|!F  
 建模/设计 vObZ|>.J~O  
— 光线追迹：初始系统概览 MpV<E0CmE  
— 几何场追迹+(GFT+)： p.DQ|?  
 窄带单色仪系统的仿真 ,}oAc  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 -F5BJk  
ACszx\[K3  
2.系统说明 PDNl]?  
3I6ocj[,  
BU`X_Z1)  
?CpVA  
3.系统参数 Aoe\\'O|V  
,f }$FZ  
6=iHw24  
]aX@(3G1s  
VkQ@c;C  
4.建模/设计结果
c6h?b[]  
{bj!]j
 
DT-VxF6h  
{6i|"5_j  
总结 PR:k--)D  
zakhJ  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 J
EUU~L;  
1. 仿真 xS*UY.>  
以光线追迹对单色仪核校。 |]\zlH"w  
2. 研究 4~fYG|a  
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。 Jf YgZ\#  
3. 应用 5pQpzn=  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 2Tp2{"sB>A  
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。 |T:R.=R$~  

Z#[?~P  
应用示例详细内容 DiFLat]X  
系统参数 -/f$s1  
fz'qB-F Y  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 c_8&4  
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。 }b_Ob  
MAh1tYs4D
 
ORM>|&  
Q}BMvR 9w  
2. 系统参数 +%dXB&9x|Z  
H0l1=y  
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。 wh$bDTCj  
0eY!Z._^  
sd%j&Su#4  
05d0p|},
 
3. 说明：平面波(参考) d |17G  
ASqYA1p.  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 B[b>T=  
-Vn#Ab_C  
kR=sr/
{  
mU5Ox4>&9  
4. 说明：双线钠灯光源 C- .;m  
mixsJ}
e  
`/O`%6,f1!  
 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。 >kXscbRL7  
 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)。 Gwd38  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 &@iOB #H  
(< +A w7  
+B*]RL[th  
{npm9w<;  
5. 说明：抛物反射镜 TgiZ % G  
KC;cu%H  
9q'9i9/3d  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 nI:M!j5s`  
 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]o+)d.`(  
qTJhYxm  
y:'Ns$+  
:[0 R F^2}  
]]j^  
\^)i!@v  
6. 说明：闪耀光栅 *b{IWOSe^  
';C'9k<P:  
sfF~
k-  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Ht[$s40P  
 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 eiMP:  
1 Pk+zBJ$  
7FC!^)x1  
BA@E  
u/=hueR<^  
^r~[3NT  
7. Czerny-Turner 测量原理 >@vu;j\*E5  
~$J;yo
~  
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。 kL8rqv^  
_3Eo{^  
LG[N\%<!H  
4*XNk;Dx  
0'o[2,  
8. 光栅衍射效率 8iIp[9~=  
#pvq9fss,}  
qo[[P)tq  
 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。 A8-[EBkK  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 M<-Q8a~  
 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) x,gk]
Cf  
j_<qnBeQ  
5r5on#
O&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd eoiz]L  
Spn[:u@  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 yCQvo(V[F  
OxHcoNrz  
o`YBz~2  
!v8
R(  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 )Cy>'l*Og7  
!)bZ.1o  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ^yW['H6V  
5]&sXs  
Mt.Cj;h@^[  
+La2-I  
 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)。 _=HaE&  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 cZVx4y%kz
 
pX&bX_F{  
应用示例详细内容 z"f@iJX?2  
riW9l6s'  
仿真&结果 2;gvo*k  
&~*](Ma  
1. 结果：利用光线追迹分析 j|KDgI<0  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 d*8*9CpO:  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 8UU
L=  
x,C8):\t`B  
0/v]YK.  
qSP&Fi  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd p7QZn.,=u  
9"#C%~=+  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ,7d/KJ^7  
 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)。 Gazva/e  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， v~SM"ky#  
+zh\W9  
 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。 )Fx]LeI;  
S%- k
N;  
O}i+1  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms kt6)F&;$  
`df!-\#  
3. 衍射效率的评估 V/#Ra  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 D('.17  
&dtst??  
fg LY{  
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。 =\lw.59  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd xf&[QG+Ef  
DKf(igw  
4. 结果：衍射级次的重叠 >@7$=Y>D  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 4s7 RB  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 /0}Z>iK  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 O14QlIk  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) r#OPW7mhE  
 光栅方程： [mzed{p]]  
uE.BB#  
) A:h  
UN'n~d@~  
(iq>]-=<  
5. 结果：光谱分辨率 *;@wPT  
(tYZq86`  
oMN<jAU.  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run PIU@}:}  
x|m9?[ !_  
6. 结果：分辨钠的双波段 H
Q@g6  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ( unmf,y  
   ~Ykn|$_"I  
l7g'z'G  
%M`48TW)  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 E!ndXz 59  
ktrIi5B  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run hdDT'+  
"AUSgVE+h  
7. 总结 t.8r~2(?  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 di/QJrw  
1. 仿真 xnMcxys~  
以光线追迹对单色仪核校。 dGp7EB`  
2. 研究 >eA@s}_8  
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。 F ,472H  
3. 应用 OK]
QDb  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 wj6u,+  
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。 s$Vv  
扩展阅读 K.xABKPVc  
1. 扩展阅读 hnFpC1TO  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 )I&.6l!#  
"jAd.x?X7e  
 开始视频 p XXf5adl<  
- 光路图介绍 #DgHF*GG+>  
- 参数运行介绍 =dPokLXn  
- 参数优化介绍 XHU$&t`7>g  
 其他测量系统示例： 8GP17j  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) V~/G,3:0y%  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) }O*`I(  
u79- B-YW^  
iv>MIdIm  
QQ：2987619807 3`cA!
ZVQ  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习