[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) i-Ljff  
D99N#36PU  
应用示例简述 z5I^0'  
;W4:#/~14  
1.系统说明 jM[f[  
dTgM"k  
 光源 6A@Lj*:2m  
— 平面波(单色)用作参考光源 v @_?iC"`  
— 钠灯(具有钠的双重特性) up7x)w:  
 组件 nR#a)et  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅
[@s=J)H  
 探测器 J4&XPr9  
— 功率 8s&2gn1  
— 视觉评估 7vdHR\#;$  
 建模/设计 n+S&!PB  
— 光线追迹：初始系统概览 EXH!glR[$  
— 几何场追迹+(GFT+)： aliQ6_  
 窄带单色仪系统的仿真 >fhSaeN  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 -<12~HKK::  
K-ju,4A  
2.系统说明 pIrv$^  
"Vq@bNtu+  
N)Qlkz$X  
(O<abB(  
3.系统参数 oO}>i0ax*  
Y~}QJ+`?  
G0^V!0I&O  
CJtr0M<U+  
Y#.6d  
4.建模/设计结果 5!2J;.&  
MH2OqiCI  
e*6U |+kJ  
CrT2#h 1#  
总结 ``/y=k/au  
2M5*bNU_:  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 vC s6#PR$  
1. 仿真 oa?!50d  
以光线追迹对单色仪核校。 DPR;$yV  
2. 研究 ktdz@f  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 9 #.<E5:  
3. 应用 U=_~{[/  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 v_[)FN"]Y.  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 @)S sKk|  
Cw@k.{*7,  
应用示例详细内容 3/yt*cr  
系统参数 (bM)Nd  
Uv#>d}P  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 zLE>kK  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 A)~/~  
uVoF<=
{  
ze-TBh/  
&*LA_]1@  
2. 系统参数 MLEIx()  
RcKQER  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 9;r48)5  
QfKR pnj(o  
00$ @0  
A8CIP:Z  
3. 说明：平面波(参考) 8T!fGzHx  
58a)&s[+  
 采用单色平面光源用于计算和测试。  3J'Bm"  
JMl,
N  
wliGds  
|*/uN~[  
4. 说明：双线钠灯光源 ({ :yw  
|>jqH @\P  
$cp16  
 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。 .x\/XlM  
 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)。 c%6 @ z  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 /ynKKJx<Y  
oho AUT  
KqG/a  
tk]_QX %  
5. 说明：抛物反射镜 _>Pe]3  
<s59OdzP  
lN*1zM<6;  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 pGZl.OI  
 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。 62k9"xSH  
)l 4>=y  
Azdz3/  
M+;!]tbc3  
ImT+8pa  
\]~kyy  
6. 说明：闪耀光栅 S>vVjq?~l(  
@[[Cs*-  
LRqw\fKk[  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 CIxVR  
 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 X=*Yzz}  
)\:lYI}Wpm  
y5Z<uwXc  
 8E.5k@  
k=d%.kg  
eKU@>5  
7. Czerny-Turner 测量原理 +0JH"L5!  
Rd@n?qB  
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。 f"Vm'0r  
?*MV ^IY  
~8n~4  
H*:r>
Lm=  
dmTW]P2  
8. 光栅衍射效率 Fc{6*wtO  
b'Nvx9=W  
zei9,^ C  
 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。 iJynR [7  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 GmEJ,%A  
 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) L2V $%*6  
^r?sgJ  
h#6 jUQ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd HnKF#<  
V]CK'   
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 *9U4^lJjn  
yg]nS<K~4  
bCac.x#jo  
fv 1!^CDia  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 j8ohzX[Y  
Zia|`}peW  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 b\e)PUm#u@  
XQg%*Rw+t  
6jy n,GU  
*{p&Fy55  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 `QyALcO  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 =QxE-)v  
1SJHX1CxX  
应用示例详细内容 4|o{_g[  
`sp'Cl!  
仿真&结果 (qc!-Isd~[  
bZ@53  
1. 结果：利用光线追迹分析 5fDtSsW  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 p
6k'Q  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 1wNY}3  
i6\!7D]  
`b'|FKc]  
C,e$g
 
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd fKK-c9F  
3S2p:\]  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 (A<sFw?  
 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)。 L|xen*O  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 3x;y}:wQa  
]bU'G$Qm&s  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 F8r455_W"  
,knI26Jh  
i(cb&;Xx:A  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms OD!CnK  
)k%drdY{J'  
3. 衍射效率的评估 !Pjg&19  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 Hn]n]wsLy  
kG7,1teMk  
X]^E:'E!  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 M$hw(fC|m1  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd v]Q_  
Ru\Lr=9  
4. 结果：衍射级次的重叠 ii]=C(e9  
 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。 iI Nu`>I  
 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)。 rOf  
 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。 )/i|"`)>_  
 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) W%<]_u[-}  
 光栅方程： tVh4v#@+  
.AI'L|FQ%c  
98BBsjkd  
r^tXr[}  
JhXN8Bq33  
5. 结果：光谱分辨率 AT'$VCYC(  
6XCX#4'i%  
U.sPFt  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run KGLhl;a  
K1{nxw!`  
6. 结果：分辨钠的双波段 _*B~ESC0  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Lj* =*V  
   (G
Orfr  
+=04X F:  
ymVd94L  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 nVA'O  
?D 9#dGK  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run w^6N :]d  
IMw)X0z  
7. 总结 0a
oHv  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 *H<g9<Dn  
1. 仿真 JkDZl?x5  
以光线追迹对单色仪核校。 pXEVI6 }  
2. 研究 !w\;Q8irN  
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。 f9=X7"dzP  
3. 应用 /;m!>{({)  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 . pE
eR  
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。 kAQZj3P]  
扩展阅读 >w;W&[  
1. 扩展阅读 T.N7`  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 (G!J=
=  
Ywq+l]5/p  
 开始视频 h#;K9#x6  
- 光路图介绍 o5@P>\u>  
- 参数运行介绍 Jm,X~Si  
- 参数优化介绍 6Tmb@<I_  
 其他测量系统示例： )@|Fh@|  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) fB}5,22  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) =zGz|YI*?  
n.>'&<H>9  
u)]sJ1p  
QQ：2987619807 ~}ZX^l&k{P  

想学习

楼上你有图中的仿真文件么