[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) Kz b-a$  
2XL^A[?   
应用示例简述 > 3x^jh  
ac\aH#J_nC  
1.系统说明 Q"s6HZ"YI  
Ak3^en  
 光源 G\tN(%.f  
— 平面波(单色)用作参考光源 a;dWM(;Kw  
— 钠灯(具有钠的双重特性) .WSn Y71  
 组件 W/A@qo"  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 < e3] pM  
 探测器 (
,sz.  
— 功率 n7i~^nf>  
— 视觉评估 ] K&ca  
 建模/设计 N5l`Rq^K  
— 光线追迹：初始系统概览 !.%*Tp#k#  
— 几何场追迹+(GFT+)： +s
_a{iMVP  
 窄带单色仪系统的仿真 *0oa2fz%  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 V|A.M-XLv4  
8Y%
  
2.系统说明 ]u<U[l-w  
b&A/S$*  
\RDqW+,  
1\Bh-tzB  
3.系统参数 7V^j9TC  
O<wH+k[  
!!A(A^s  
6Jy%4]wK  
;~ Xjk  
4.建模/设计结果 8aQTm-{m  
>=rniHs=?7  
u`B/9-K)y  
Tq*<J~-  
总结 ZwxEcs+UM  
b"@-9ke5I  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 !M}-N  
1. 仿真 _\+0e:Ae  
以光线追迹对单色仪核校。
#2\M(5d  
2. 研究 *fd:(dN|  
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(s&K\Y6\  
3. 应用 ~Gc@#Msj  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 zI"&g]TV5  
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。 Yrf?|,  
UCmJQJc  
应用示例详细内容 RKMF?:  
系统参数 cMtUb  
3bLOT#t  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 [$$R>ELYQ  
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。 CNj |vYj  
6V9r[,n  
FME,W&_d  
{?w*n_T.  
2. 系统参数 3>5gh8!-  
U3aM^
 
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。 W7s  
K\RMX?YsP  
&9Z@P[f  
~6u|@pnI  
3. 说明：平面波(参考) }>f%8O}  
dqU)(T=C  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 (0_]=r=q  
$D^27q:H  
]9<H[5>$R  
g C8deC8  
4. 说明：双线钠灯光源 BVv-1$ U^  
=%}(Dvjv  
5^
qs>k[mN  
 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。 DjZTr}%q  
 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)。 >)[W7h  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 1)xj 'n  
b V_<5PHP  
z{NK(oW  
RU.MJ kYQ5  
5. 说明：抛物反射镜 ykx13|iR  
2nFr?Y3g,  
e=tM=i"  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 &"1_n]JO  
 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。 <X5V]f  
I#F, Mb>:  
EN>a^B+!  
su60j^e*  
sBxCi~  
NP.qh1{NP  
6. 说明：闪耀光栅 W"~"R  
z`J-J*R>d  
4/x.qoj  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Py9:(fdS  
 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 aO:A pOAO  
tQ
Mz1$  
*MWI`=c  
2{hG",JL  
i&}LuF8  
I=E\=UTG,5  
7. Czerny-Turner 测量原理 a5]]AkvA  
hg^klQD  
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。 ccW{88II7w  

5tVg++I  
A~a7/N6s;  
p|r>tBv?x  
JS >"j d#  
8. 光栅衍射效率 M7gqoJM'Q  
(/P-9<"U  
1x0)mt3  
 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。 61b<6r0o  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 ;[,#VtD  
 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) eYg0NEq{  
gi/W3q3c6  
<U/r U9O  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd :y!{=[>M(  
@^Kw\s  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 - :x6X$=  
J B  !Q  
KXo[;Db)k  
Nm0|U.<  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 m?)F@4]  
"L)?dlb6T  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 |y]8gL^  
`7 J4h9K  
n
lx~yUXL4  
U&gl$/4U@  
 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)。 0mT.J~}1v  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 e5sQl1  
oPA m*  
应用示例详细内容 e0o)Jo.P  
8rjiW#  
仿真&结果 a&`Lfw"  
=NL(L  
1. 结果：利用光线追迹分析 KlRIJOS  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 rdm&YM`J  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 yu'@gg(  
_ Av_jw`m  
OWHHN<  
>uz3 O?z P  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Z1+1>|-iW  
#$-`+P  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Y{dj~}mM+  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 c
fW;gFf  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， vj<JjGP  
@yn1#E,  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 Mg{=(No  
<3bFt[  
zAd%dbU|  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 0qo:M3  
p w`YMk  
3. 衍射效率的评估 -IG@v0_w  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 +@yTcz  
,fD#)_\g2  
Md1ePp]  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 V0F&a~Q  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 5+iXOs<   
|VML.u:N  
4. 结果：衍射级次的重叠 7a<:\F}E0  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 ^9?IS<N0]  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 e[L%M:e9U  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 `9p;LZC1K  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) um1xSf1Xv  
 光栅方程： Jm*wlN [>  
C.9l${QU  
_{YUWV50}  
: ]~G9]R`  
m3 W  
5. 结果：光谱分辨率 Q)\4 .d  
E(Y}*.\]#s  

c\(CbC  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Meo. V|1  
/X97dF)zt  
6. 结果：分辨钠的双波段 4oRDvn7f&  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 <Is~DjIav  
   5Ls ][l7  
_ "H&  
~k'SP(6#C  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 jZ>x5 W  
1gDsL  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run h7F5-~SpD  
jq12,R2+)  
7. 总结 C{U"Nsu+1  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 J'Y;j^  
1. 仿真 (E]q>'X  
以光线追迹对单色仪核校。 pt=H?{06  
2. 研究 ^s?=$&8f![  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 .V`N^H:
l  
3. 应用 XMw*4j2E  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性
wj<fi  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 fy|$A@f  
扩展阅读 gano>W0  
1. 扩展阅读 swLrp 74  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 yw+LT,AQ.  
TnQ"c)ta  
 开始视频 T43Jgk,  
- 光路图介绍 k?;B1D8-n  
- 参数运行介绍 8zzY;3^h;  
- 参数优化介绍 {>n\B~*,"C  
 其他测量系统示例： G
X;~K  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) h3t);}Y}D9  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) /mCE=  
'CA{>\F$F+  
#l#8-m8g)  
QQ：2987619807 u+5MrS[  

想学习

楼上你有图中的仿真文件么