[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) w}ji]V}  
G:<f(Gy  
应用示例简述 9MMCWMV  
2!{D~Gfl=  
1.系统说明 yp#!$+a}  
AJ\&>6GZ(b  
 光源 g'7E6n"!,  
— 平面波(单色)用作参考光源 Dh8ECy5k<*  
— 钠灯(具有钠的双重特性) $*ff]>#  
 组件 jr=9.=jI8k  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 hzo> :U  
 探测器 AS7L  
— 功率 B*Tn@t W  
— 视觉评估 Q;]JVT1  
 建模/设计 'z$$ZEz!C  
— 光线追迹：初始系统概览 *?FVLE  
— 几何场追迹+(GFT+)： :W.H#@'(  
 窄带单色仪系统的仿真 ,<v0(  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ^

%r6+ey  
Y4rxnXGw  
2.系统说明 BU:;;iV8  
8!E.3'jb  
!*-|!Vz  
], lLDUZ\  
3.系统参数 AY /9Io
-  
|0n )U(  
!"N,w9MbD  
39v Bsc  
e9{ii2M  
4.建模/设计结果 }J#HIE\RG  
M+ +Dk7B  
z@,pT"rb  
P~j#8cH7  
总结 Db|f"3rq?  
sY;h~a0n  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 jZA1fV  
1. 仿真 1#vu)a1+b  
以光线追迹对单色仪核校。 y!b2;- Dp  
2. 研究 "*bLFORkq'  
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。 mkSu $c  
3. 应用 JWNN5#=fQ  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Ok!P~2J  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 " .7@  
//&3{B  
应用示例详细内容 }F>RIjj  
系统参数 Ca~8cQ  
% !@E)%d0  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 <f>77vh0  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 "yu{b]AU  
Qw0k-t0=4  
\l/(L5gY  
x{pj`'J)  
2. 系统参数  .\oz  
DGHSyB^+1  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 YuhfPa  
2 5~Z%_?  
Fl)nmwOc  
\'2rs152  
3. 说明：平面波(参考) && ]ix3  
1
)~|{X+~  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 QBa+xI_ J  
-C2!`/
U  
jRsl/dmy  
6 wN*d 5  
4. 说明：双线钠灯光源 02,t  
]!TE  
.rBU"Rbo  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 [[[C`H@  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 JZ}zXv  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 G8}owszT  
Z66Xj-o  
wqG#jC!5  
#x.v)S  
5. 说明：抛物反射镜 vd%AV(]<LJ  
B2NIV
7  
AJ\gDjj<  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ~7b#BXzP  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 _n:RA)4*  
:Quep-:fy<  
Ar)EbGId  
3FvVM0l"  
,=e.QAF!"  
:i{M1z I  
6. 说明：闪耀光栅 k{r<S|PK0  
GJ
dL1ptc  
}k.yLcXM  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 e#hg,I  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 m^FKE:  
ViW2q"4=  
*-ys}sX  
%f CkR`:  
B*:I-5  
e;v"d!H/  
7. Czerny-Turner 测量原理 %e[E@H7  
v{$?Ow T/u  
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。 `Hw][qy#  
-~c-mt  
UIU Pi gd  
a(~
X  
8GBKFNR8  
8. 光栅衍射效率 KC"S06  
JFI*Pt;X9  
:^W}$7$T  
 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。 :2KPvp7?  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 .RmFYV0,  
 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) zf8SpQ2~  
[4xZy5V  
ts<\n-f  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd +\["HS7+'0  
@_t=0Rc  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 0e&&k  
];CIo> b_(  
y_>DszRN`u  
&bq1n_  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 [*u\S  
`StuUa  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 q{V e%8$"  
&KBDrJEX  
|11vm
#  
X9PbU1o;  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 1?w=v|b:P)  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。  #*rJI3  
%7-(c  
应用示例详细内容 dLGHbeZ[(  
'DXT7|Df  
仿真&结果 .h4NG4FIF  
O`Qke
Z}  
1. 结果：利用光线追迹分析 f"gYXaVF+  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 4<tbZP3/6)  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 EKO'S+~  
tBkgn3w  
CT_tJ  
phG*It}  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd =c 9nC;C  
6|'7Mr~\  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ?7pn%_S  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 I++ Le%w  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Jw=7eay$F  
=\u,4  
 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。 $Tv~ *|a  
SVZ@'X\[M  
8&HBR #  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms &\ca ? #  
lH?jqp
  
3. 衍射效率的评估 <V}q8k  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 b00$3,L   
zOA~<fhT  
}|/A &c  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Y=|20Y\K  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd |wJdp,q R  
D^>d<LX  
4. 结果：衍射级次的重叠 W;T0
_=  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 .fqy[qrM  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 3n)Kzexh  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 %m/lPL  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) W$wX[  
 光栅方程： UAz^P6iQ`~  
d 4tL  
&/Gn
!J;1  
qLX<[UL  
jP/Vqe%%8  
5. 结果：光谱分辨率 XP
f{R619  
^ )"Il  
%^E7Iqc  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run @1xVWSF  
eD(5+b

m  
6. 结果：分辨钠的双波段 l]D$QT3  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 NAtDt=  
   At[Q0'jkc  
6ERMn"[_w  
*k#"@  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ks phO-  
Fh
llqh)  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run i"n_oO  
+1yi{!j1  
7. 总结 fQ1j@{Xa  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 'OTZ&;7
{  
1. 仿真 %E#Ubm!  
以光线追迹对单色仪核校。 ?(R#  
2. 研究 zd8A8]&-  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 N2 3:+u<)E  
3. 应用 V;RgO}  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 U!Zj%H1XQ0  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 WY>$.e  
扩展阅读 r)-{~JA!  
1. 扩展阅读 ct|0zl~  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 V&ETt.91Ft  
?mC'ZYQI  
 开始视频 ed5oN^V.<  
- 光路图介绍 u/|@iWK:  
- 参数运行介绍 urkuG4cY  
- 参数优化介绍 G Wa6F
X:/  
 其他测量系统示例： ;CS[Ja>e  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 1}c/l<d  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) y2?9pVLa\y  
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5  
T?[;ej:  
QQ：2987619807 Wk3-J&QbS  

想学习

楼上你有图中的仿真文件么