[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) 1rPeh{SZ  
`"ie57-  
应用示例简述 62(WZX%b  
nBiSc*  
1.系统说明 ObM5vrEk|  
[JAd1%$3  
 光源 6C]!>i}U  
— 平面波(单色)用作参考光源 &I(|aZx?J  
— 钠灯(具有钠的双重特性) N=I5MQG  
 组件 qE,%$0g  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 Zt!l3(*tt  
 探测器 D"x~bs?V\  
— 功率 Z<,gSut'Y  
— 视觉评估 T)C  
 建模/设计 =D[h0U  
— 光线追迹：初始系统概览 e9B,  
— 几何场追迹+(GFT+)： g<.8iW 'c  
 窄带单色仪系统的仿真 &tRnI$D  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 <K\F/`c  
8=nm`7(]  
2.系统说明 )i!)Tv  
B!tte)  
^d=Z/d[  
S'@"a%EV  
3.系统参数 0N T3  
t#pY2!/T3  
3:;%@4f  
gSe{S  
l%w7N9  
4.建模/设计结果 F 1zc4l6  
c//W#V2Q  
'\_)\`a|  
i{e<kKh  
总结 rRt<kTk!U  
9Akwr}  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 x<3vA|o  
1. 仿真 VmT5?i   
以光线追迹对单色仪核校。 h">X!I  
2. 研究 x)U;  
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。 '+QgZ>q
"  
3. 应用 G7=8*@q>:  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 '#Fh J%x  
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。 *|3z($*U]  
P<(mH=K  
应用示例详细内容 |$w-}$jq5  
系统参数 Qp?+_<{  
bG&qgbN>  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪  Uh8ieb  
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。 PJ.jgN(r  
:OZhEBL&b  
CFA>  
j,-7J*A~  
2. 系统参数 YOoP]0'L  
A&7jE:Ew  
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。 |S}*
M<0  
OlJj|?z$  
>k#aB.6  
c,fedH;  
3. 说明：平面波(参考) +]zP $5_e  
6qDD_:F  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 %jf gncW  
'ng/A4  
sg2C_]i,H  
iTvCkb48m  
4. 说明：双线钠灯光源 \* #4  
=>J#_Pprn  
&Os Ritj  
 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。 /W>"G1)  
 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)。 ]z%9Q8q'  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 TDGzXJf[  
?yb{DZ46  
5~F0'tb|}  
OR9){qP  
5. 说明：抛物反射镜 c 1GP3
 
A~>=l=  
`
QF|> N  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 E=QQZ\w  
 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。 'W*F[U*&HP  
]>o2P cb;  
jYF3u0 )
  
B=r/(
e  
f+Go8Lg=M  
4#9-Z6kOk  
6. 说明：闪耀光栅 J_@4J7  
dp70sA!JF  
g1|c?#fwo  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 -tdG}Gu  
 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 _@;N<$&  
k N+(  
"!?bC#d#(  
'1 $({{R  
K=)R!e8  
NZ5~\k  
7. Czerny-Turner 测量原理 s`YuH <8  
{LDb*'5Cy  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 ,gc#N  
QEKFuY<E+  
Biy 9jIWI  
W!X]t)Ow  
^ym{DSx  
8. 光栅衍射效率 ;I'/.gW;{  
zY+Et.lg]^  
E}=NZqOB!  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 zOdKB2_J7  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 >JOvg*a?"  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) <UdD@(iZ#  
w
#,v n8  
a6E"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd gj^]}6-P  
Nk4_!  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ~7a BeD  
I+t38un%  
,?6m"ov4(  
9m4rNvb  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Dt.Wb&V_w  
q?4uH;h:^G  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 e~;)-Z  
<1BK5%?  
Z-a(3&  
MA#!<b('  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 TWEqv<c  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 `&zobbwq  
B[ ka@z7  
应用示例详细内容  eb@L
h!  
y(h(mr  
仿真&结果 y03a\K5[KQ  
F@bCm+z-  
1. 结果：利用光线追迹分析 ~HRWKPb  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 "Cj
#bUw  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 L0  2~FT  
12xP)*:$  
]?$y}  
Ki6.'#%7  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd _Pi:TxY  
 89=JC[c  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 $ow`)?sh  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 L"6/"L  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， rxp9B>~  
'TsZuZW]  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 F5[ITK]A4  
Vzvw/17J  
< DZ76  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms =w$"wzc  
gr{Sh`Cm-  
3. 衍射效率的评估 %P,^}h7  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 $!!=fFX*y  
}QW~.>`  
Sc3M#qm_  
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。 .hNw1~Fj  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd W<]Oo]  
SJ7=<y}[d  
4. 结果：衍射级次的重叠 ^GaPpm  
 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。 hcc-J)=m  
 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)。 @/NZ>.  
 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。 [mzF)/[_2  
 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) Mv`LF  
 光栅方程： Mqf}Aiqk;  
O[p^lr(B7  
":^ NLBm>5  
ff./DMDafI  

u4M2Ec  
5. 结果：光谱分辨率 -JhjTA  
Is6 _  
ma
EpT43f  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 3=|2Gs?ut  
}\L!;6oy  
6. 结果：分辨钠的双波段 a{Hb7&  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 cPaWJ+c  
   53*, f  
lF"(|n"R  
c1AG3Nb  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 [67E5rk-  
}%FuL5Tx  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run +ls*//R  
S}Y|s]6
 
7. 总结 xP6?es`  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 -@V"i~g<e  
1. 仿真 4J 51i*`  
以光线追迹对单色仪核校。 
po2[uJ  
2. 研究 D62 NU  
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。 ME@6.*  
3. 应用 aGk%I  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 r{2].31'  
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。 $EGRaps{j>  
扩展阅读 e=jT]i*cU  
1. 扩展阅读 QT= ,En  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 3)c K*8#  
ss
yd8LC#  
 开始视频 SM#S/|.]  
- 光路图介绍 b'oGt,  
- 参数运行介绍 oYh<k  
- 参数优化介绍 3AQ>>)T~  
 其他测量系统示例： oTD-+MZn  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) _X2EBpZp  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 'bI~61{A  

'
uf\.F  
1.95 ^8  
QQ：2987619807 /sT ^lf=  

想学习

楼上你有图中的仿真文件么