[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) xPt*CB  
C)OG62  
应用示例简述 a.?v*U@z@#  
?{eY\I  
1.系统说明 !K[/L< Kv  
Zb."*zL  
 光源 s2^B(wP  
— 平面波(单色)用作参考光源 ^00{Hd6  
— 钠灯(具有钠的双重特性) h}h^L+4  
 组件 T'.[F  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 _5b0wdB  
 探测器 '@bJlJB9>  
— 功率 dByjcTPA  
— 视觉评估 vs+QbI6>-  
 建模/设计 j9:/RJS  
— 光线追迹：初始系统概览 s O=4IBE  
— 几何场追迹+(GFT+)： c_#*mA"+  
 窄带单色仪系统的仿真 i E9\_MA  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 T^]7R4Fg  
?KB@Zm+#~  
2.系统说明 +i.u< T  
b,Ke>.m  
xdZ<| vMR  
oSY7IIf%L  
3.系统参数 y@3Q;~l,  
Q4?EZ_O  
n?:2.S.8  
!MoOKW  
qBYg[K>  
4.建模/设计结果 mw4JQ\  
*g_w I%l  
hsz^rZ  
 <B)   
总结 'w.}2(  
2bLI%gg3  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 & fu z2xv  
1. 仿真 4&{!M _  
以光线追迹对单色仪核校。 KQ{
Lt?S  
2. 研究 E]1##6Ae  
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。 59<hV?  
3. 应用 HTk\723Rdw  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 5/?P|T  
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。 b+{r!D}~  
'wvMH;}u  
应用示例详细内容 Jf_%<\ O  
系统参数 Nqcp1J"  
mb1Vu  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 m[:K"lZ ]2  
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。 CZ(`|;BC*  
` 1+%}}!$u  
SkHYXe"]  
. I==-|  
2. 系统参数 aGK@)&h$  
ZzcPiTSO  
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。 oa`#RC8N  
}pawIf4V  
W`M
6J}oG  
q]FBl}nwl%  
3. 说明：平面波(参考) fF;h V  
68e[:
wf  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 h5GU9M  
('hT  
iZxt/}1X0  
`PlOwj@u0`  
4. 说明：双线钠灯光源 1e}8LH7  
|^( M{  
e |V]  
 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。 C6jR=@42Q  
 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)。 7-*=|gl+  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ?S ts
H  
6B6vP%H#  
g"K>5Cb  
KX4],B5 +  
5. 说明：抛物反射镜 ss iokLE  
(D7$$!}  
9Ah[rK*}  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 |"]PCb)!  
 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。 QyGnDomQ  
dRaOGm)  
lV6dm=k  
Zu/<NC (  
:iPym}CE  
Riry_   
6. 说明：闪耀光栅 rs-,0'z,7  
I#G0, &Gv  
fU+Pn@'  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 [L(hG
a  
 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 nxo+?:**  
t ls60h  
[[+ pMI  
A''pS  
eQDX:b
 
k)7{Y9_No  
7. Czerny-Turner 测量原理 09h.1/  
W?Ww2Lo%Y  
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。 #FH[hRo=6  
w$fJ4+  
se9>.}zZN  
z#6?8y2-  
 QLKK.]  
8. 光栅衍射效率 9`B$V##-L  
YY5!_k  
D Ml?o:l  
 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。 <q2?S  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 3n;K!L%zMT  
 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) =^;P#kX  
h2Bz F  
jZ*WN|FK?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd BS1A
p  
5&!c7$K0  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 $XnPwOj  
s1j{x&OSq  
t18$x"\4k  
+^|iZbZKx  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 #UP~iHbt\  
;2xO`[#  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 PoSpkJH  
j+IrqPKC^  
<wd]D@l7r  
~+6Vdxm  
 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)。 )Kd%\PP  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 na+d;h*~y  
w3T]H_V  
应用示例详细内容 Zyf P;&  
S.*~C0"  
仿真&结果 yYZxLJ='  
#I*QX%(H#  
1. 结果：利用光线追迹分析 f58?5(Dc|  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Vr.Y/3N&'  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 G4
_,  
jNDx,7F-  
RO(TvZ0pE  
"Zv~QwC  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd R9+jW
'[K  
9LC&6Q5O&  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 <.K4JlbT  
 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)。 w8Sv*K  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， (qMj-l  
!D^c3d  
 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。 pc]J[ S?P  
dEa<g99[?  
Z~  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms t<iEj"5  
tz NlJ~E  
3. 衍射效率的评估 z
muMWT;  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 W!Gdf^Yy<  
7r#ymQ  
!A3-0zN!  
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。 $g9**b@  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ]y{WD=T  
qy1F*kY  
4. 结果：衍射级次的重叠 +0wT!DZW\=  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 igL<g  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 <6TT)t<h  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 Fh|#u:n  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) SMr13%KN/  
 光栅方程： CG\tQbum  
K BE Ax3  
!|waK~jK  
G.VuKsP]  
E(pF:po  
5. 结果：光谱分辨率 pO  Iq%0]  
B<?[Mrdxw  
Df=dt  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run WUc#)EEM)  
r;>+)**@vl  
6. 结果：分辨钠的双波段 !`JHH&  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ,QIF
&  
   `A$!]&[~|  
Ox!U8g8c  
QS.>0i/7l  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 [&[^G25  
85:NFa@J  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run :#E*Y8-  
IzOYduJ.  
7. 总结 j1
q[2'  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Gl %3XdU  
1. 仿真 '7Nr8D4L  
以光线追迹对单色仪核校。 5wao1sd#  
2. 研究 8M
*PML4r  
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。 d6{Gt"  
3. 应用 tY${M^^<J  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 `vG,}Pt]  
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。 `nXVE+E@  
扩展阅读 W!blAkM%i  
1. 扩展阅读 w@-PqsF  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 B_U{ s\VY  
.#u_#=g?  
 开始视频 L9Z;:``p  
- 光路图介绍 OdWou|Gz  
- 参数运行介绍 5ercD  
- 参数优化介绍 heaRX4  
 其他测量系统示例： Tu{&v'!j6  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 'bGX-C  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 07Gv*
.  
|6UtW{2I/  
"Td`AuP@,  
QQ：2987619807 u~ ~R9.
 

想学习

楼上你有图中的仿真文件么