[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) uo#1^`P  
AV5={KK  
应用示例简述 '`>%RZ]  
(95|DCL  
1.系统说明 )~ (*q  
mY"7/dw<v  
 光源 &<A,\M  
— 平面波(单色)用作参考光源 L;Ff(0x|  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 6{h\CU}"  
 组件 /<rvaR  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 6G8No-#y  
 探测器 orGMzC2  
— 功率 r,6~%T0  
— 视觉评估  LA3m,  
 建模/设计 ZQ`8RF *v  
— 光线追迹：初始系统概览 M\]lNQA  
— 几何场追迹+(GFT+)： [`n_> p!  
 窄带单色仪系统的仿真 4ag
W<c#  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 fap`;AuwK  
^^a6 (b  
2.系统说明 K*~{M+lU7  
cl& w/OJ#  
thjr1y.e  
_{[6hf4p  
3.系统参数 Qi18q|l8v  
dyQ7@K.E  
jPWONz(#  
%3z[;&*3O  
DbMVbgz<e  
4.建模/设计结果 [\8rh^LFi  
<V?2;Gy  
ha :l-<a  
cY?|RXNmZ  
总结 M':-f3aT%  
~+Wx\:TT  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 4 &bmt  
1. 仿真 wm5&5F4:  
以光线追迹对单色仪核校。 WVP?Ie8  
2. 研究 f_~T  
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。 kckRHbeU  
3. 应用 Kb;*"@LX  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 JwG(WLb:  
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。 K[T0);hZR  
_XZ Gj:V  
应用示例详细内容 #Vk?  
系统参数 &^`Wtd~g  
l2F#^=tp  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 pDS[ec

x  
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。 4C;;V m4~  
/~,*DH$)  
a 0SZw  
wd`p>  
2. 系统参数 hK?GIbRZ  
<*5S7)]BP  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 [2@:jLth=  
"6U0 !.ro@  
um9&f~M  
Ej(BE@6>s  
3. 说明：平面波(参考) oCT,v0+4O  
a6Vfd&  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 7Z>vQf B  
Ii0\Skb  
O=%Ht-kOc  
mV}bQ^*?Z  
4. 说明：双线钠灯光源 SdnnXEB7  
P'KA-4!  
tA1?8`bQ  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 Uh/=HNR  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 h0F=5| B  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 %R GZu\p  
& AK\Pw)  
e66Ag}Sw|  
K~:SLCv E%  
5. 说明：抛物反射镜 S)hDsf.I  
Zh8\B)0unn  
[8'?G5/n  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 wR_mJMk_  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 ;1&"]N%  
V Rv4p5  
P%R!\i  
i*$+>3Q-  
|X@s {?  
!/G}vu  
6. 说明：闪耀光栅 $}vk+.!*1  
i$kB6B#==  
oG)T>L[&  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 q 4Pv\YO  
 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 "rMfe>;FJ  
`,4yGgD!4  
x<I[?GT=  
OV{v6,>O  
t,YRM$P  
{XU!p: x  
7. Czerny-Turner 测量原理 syu/"KY^!  
M"*NV(".g  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 w6Gez~8  
4D&L]eJ  
;?u cC@  
6wpW!SWD  
|ru!C(  
8. 光栅衍射效率 d5-Q}D,P  
^?{&v19m  
UG\2wH_  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 zWo  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 IhzY7U)}T  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) e(wc [bv  
|ufT)+:  
.4]XR/I$  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd tD`^qMua  
Xr^ 5Th\  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 aNry>2:  
L{~ ]lUo  
rOOo42YW`  
50 w
$PW  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 XOX$uLm  
62nmm/c  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 <k[_AlCmsg  
t{UVX%b  
Q=! lbW  
sDs.da#*2  
 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)。 ,7:GLkj  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 a5Vlfx  
r1F5'?NZ(0  
应用示例详细内容 G1it 3^*$  
l`~
$cK!  
仿真&结果 gK~Z Ch  
rXmrT%7k  
1. 结果：利用光线追迹分析 P'iX?+*  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 V}TPt6C2  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ]*]*O|w  
H.M: cD:  
bv <^zuV  
lI46 f  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Y->sJm  
UxMy8}w!y  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 uxdB}H,  
 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)。 q2|x$5  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 1/\Xngd  
]u<U[l-w  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 -N/n|{+F  
!0^4D=dO  
t,TlW^-  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms rhzI*nwOT  
[-Z 6QzT  
3. 衍射效率的评估 ug{sQyLN  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ~tTa[_a!  
2@T0QJ  
fN{wP,jI  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 [jNVk3  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd T-n>+G{  
^xk
4HF   
4. 结果：衍射级次的重叠 A##Q>|>)  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 zt]8F)l@  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 pHk$_t  
 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。 44n41.Q]  
 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) us5Zi#}  
 光栅方程： g<~ODMCO?W  
 })!-  
&Odrq#o?R  
*kf%?T.  
LDw.2E  
5. 结果：光谱分辨率 PRYm1Y  
P\[K)N/1  
902A,*qq  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Ts, U T L  
VwBw!,%Ab  
6. 结果：分辨钠的双波段 _eQ-'")  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 'M?pg$ta_V  
   IN;!s#cl:  
}|-8-;  
{>64-bU  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 Grw[h  
V[^AV"V  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 1h162  
_;x`6LM  
7. 总结 7!o
#pt7  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 D}{]5R  
1. 仿真 O d6'bO;G  
以光线追迹对单色仪核校。 3?gfDJfE  
2. 研究 -'
oxenu  
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。 $rjm MSxi  
3. 应用 9l[C&0w#\  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 \'w.<)(GI  
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 >UVs?=  
扩展阅读 V#4oxkm  
1. 扩展阅读 4*n1Xu7^x  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 /gaC  
KKg\n^  
 开始视频 H93ug1,  
- 光路图介绍 K)Ya%%6[U#  
- 参数运行介绍 Q[!?SSX%  
- 参数优化介绍 -)"\?+T  
 其他测量系统示例： 4;jAdWj3  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) _+~jZ]o N  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) J1r\Cp+h0  
<g&GIFE,  

KI\ 9)  
QQ：2987619807 -
G1R><8[  

想学习

楼上你有图中的仿真文件么