[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) =Y*zF>#lP  
9F7}1cH7g@  
应用示例简述 &n]]OPo  
TGuCIc0B{  
1.系统说明 L'O=;C"f  
}c=YiH,o  
 光源 A`1
-c  
— 平面波(单色)用作参考光源 ;i!$rL  
— 钠灯(具有钠的双重特性) R0e!b+MZ.  
 组件 )}@Z*.HZL  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅  `l  
 探测器 o.wXaS8  
— 功率 ?dmwz4k0  
— 视觉评估 )3^#C
D  
 建模/设计 &/?OP)N,}  
— 光线追迹：初始系统概览 )kIjZ  
— 几何场追迹+(GFT+)： ro8C^d]  
 窄带单色仪系统的仿真 BC R]K  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ,.AXQ#~&`  
\`W8#fob  
2.系统说明 jvhD_L/  
^ #3,*(S  
d?><+!a  
5hfx2O)  
3.系统参数 f!G%$?]  
c 6/lfgN  
x$KQ*P~q  
gB0Q0d3\G,  
o<rbC < U  
4.建模/设计结果 9#a/at]  
g_?bWm4br  
}]. |7h  
qWJap-hb  
总结 `[~LMV&2U  
r@b
a1*y0  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 &Qt1~#1  
1. 仿真 L08"8\  
以光线追迹对单色仪核校。 9`!#5i)VU8  
2. 研究 lr$,=P`  
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。 2Z
Ky7p0/  
3. 应用 h([qq<Lzs  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 *oAnG:J+M  
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。 ._<gc;G  
XQcE ZJ2  
应用示例详细内容 Rk}=SB-  
系统参数 i|fkwV,5  
LP) IL~  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 e*o:ltP./  
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。 fa,;Sw  
\oO&c  
mWuhXY^Q  
'h 7n}  
2. 系统参数 f0g&=k{OD  
EI@ep~  
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。 ~HXZ-*  
M+lI,j+  
+Q!Kj7EU/  
dfs1BV'  
3. 说明：平面波(参考) Zk0?=f?j  
>k(AQW5?  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 D66!C{  
`;&=m, W'  
>c.HH}O0W  
)`zfDio-1V  
4. 说明：双线钠灯光源 sJ|IW0Mr  
2hTH  
L
'a>D  
 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。 a!:R_P}7  
 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)。 g")pvK[e  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 X($@E!|  
Do;rY\sY  
fwaM;YN_  
0*o=JM]  
5. 说明：抛物反射镜 IF3V5Q  
~T&X#i  
KQ.cd]6  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 rE\.[mFI  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 IeBb#Qedz  
Xj21:IMR  
n/IDq$/P  
I)4NCjcCw  
Fi"TY^-E;  
]BBjFs4#  
6. 说明：闪耀光栅 .?.Q[ic  
,YmTx  
2graLJ?9Z  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 BU;E6s>P  
 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 E)F"!56lV  
Q |^c5  
N9cUlrD
O  
j~Ubpf  
)"<:Md$7  
S|ADu]H(  
7. Czerny-Turner 测量原理 :@+@vM;gh  
Q?W}]RW  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 z@J;sz  
G-sA)WOF  
^ZO3
:"t!w  
Sc&p*G  
NeY,Of|  
8. 光栅衍射效率 5}2XnM2  
3UQ~U 8  
Mhze!!  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 FcZ)_m6m  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 )NS&1$  
 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) )wz3m L  
yS(tF`H[  
yn-TN_/Y,  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd D$y-Kh  
_M7NL^B&  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 VcR(9~  
w97B)Kn6  
{V~Gr  
J2~oIe2!+  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 uSK<{UT~3  
C8.MoFfhe  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 _D?`'zN  
:HG5{zP  
~eHu+pv  
`@|Kx\y4=j  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 0^rDf L  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 B>W!RyH8o  
E`>u*D$un~  
应用示例详细内容 4EDwZR>./  
xu
7Q^F#u  
仿真&结果 @.h|T)Zyr  
RP4P"m(
 
1. 结果：利用光线追迹分析 L5yv}:.U  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Ro|%pT  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 h*\/{$y  
ZJ|'$=lR  
rb@{ir  
&%4*~;o  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd gnN"pa!&~  
s0
x;<si_  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 g}=opw
6z  
 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)。 &*wc` U  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Z>zW83a  
@-QDp`QtI  
 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。 ;J3 (EB  
oaJnLd90W  
Lcpz(W^  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms }hv" ku6!  
KcQe1mT!+  
3. 衍射效率的评估 q!P{a^Fnc  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 2{
E"#}/  
J_PbRb  
J<'I.KZ\z  
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。 S
*-/#j  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd +kK6G#c  
_7LZ\V+MLW  
4. 结果：衍射级次的重叠 [10;Mg  
 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。 5E!G
  
 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)。 JxM[LvVi  
 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。 gP?uLnzvi  
 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) zU)Ib<$  
 光栅方程： Ce0YO~I  
7#BUd/  
(NBq!;_2,x  
PHh&@:  
C{8d^SCA"  
5. 结果：光谱分辨率 o@&dd NO  
^ |^Q(  
<) `?s  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run BcvCm+.S:  
Z`)}1|~B  
6. 结果：分辨钠的双波段 h NCoX*icd  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 _a 40lcP  
    \tWFz(  
?$#,h30  
QP{V  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 GDW$R`2  
/=bg(?nX  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run C<.Ny,U  
Do&/+Ssnu  
7. 总结 <+oTYPgD9  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 #&cNR_"w  
1. 仿真 fv",4L  
以光线追迹对单色仪核校。 %fyah}=  
2. 研究 R}-<ZJe  
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。 XOe8(cXa9  
3. 应用 8sG0HI$f+  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 };:+0k/  
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。 A
Ge\PCn-  
扩展阅读 M;{btu^a  
1. 扩展阅读 ,L"1Ah  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 mXH\z  
zNs8yMnFr  
 开始视频 !Deg!f\g  
- 光路图介绍 `bJ+r)+5  
- 参数运行介绍 .cV<(J 5o  
- 参数优化介绍 cq=ker zQ  
 其他测量系统示例： Jmp%%
^  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) O7_u9lz2  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) \NEXtr`Th  
H7xyK  
K6=i\   
QQ：2987619807 Vu/{Hr  

楼上你有图中的仿真文件么

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