[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) K~DQUmU@  
)ir*\<6Y=  
应用示例简述 9p{7x[C  
y>YQx\mK
 
1.系统说明 +P5\N,,7R  
K[~fpQGbV1  
 光源 YLVZ]fN=>  
— 平面波(单色)用作参考光源 ?@uyqi~:U  
— 钠灯(具有钠的双重特性) `C+>PCO  
 组件 i SD?y#  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 Y)oF;ko:  
 探测器 "0ZBPp1q  
— 功率 'W2B**}  
— 视觉评估  ^D.u   
 建模/设计 u{+z?N  
— 光线追迹：初始系统概览 ,/uVq
G  
— 几何场追迹+(GFT+)： (m3 <)  
 窄带单色仪系统的仿真 @j/|U04_Z  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 b|KlWt'  
V^[B=|56  
2.系统说明 Q 
eZg l!  
z +NwGVk3  
2YV*U_\L  
<<5x"W(,  
3.系统参数 4[o/p8*/  
h.%)RW?  
@cC@(M~Ru  
_d`)N  
}
S,KUH.  
4.建模/设计结果 lK0pr  
|Y")$pjz  
z 7 s&7)a  
(- QvlpZ  
总结 &4R-5i2a  
)'3V4Z&  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 e_v_y$  
1. 仿真 alV{| Vf[6  
以光线追迹对单色仪核校。 V[RsSZx =  
2. 研究 d09qZj>  
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。 $[1J[eY*  
3. 应用 5dXDL~/2p  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 @}+F4Xh,L  
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。 8uD%  
&o]ic(74c?  
应用示例详细内容 qQ T^d  
系统参数 Fd(o8z8Q  
8`GN8F  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 OB5t+_s  
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。 J7Y lmi  
T_NN.Ol  
*< ?~  
>5c38D7k)  
2. 系统参数 7
LrWS83  
nKu)j3o`  
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。 id:6O+\  
@||GMA+|  
t8_i[Hw6D  
kX8Ey  
3. 说明：平面波(参考) V|`w/P9g4  
e]k\dj;,^%  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 4ynGXJmMlR  
..a@9#D  
|Zm'!-_  
<Dq7^,}#  
4. 说明：双线钠灯光源 RJa1pYK  
>Nr~7s  
mVVL[z2+  
 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。 \F5d p  
 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)。 ;/s##7qf  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 FL?Ndy"I  
'eDV-cB  
\s^4f#  
?j|i|WUD  
5. 说明：抛物反射镜 -hpC8YS  
=?oYEO7  
%XiF7<A&  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 Y'eE({)<K  
 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。 *DS>#x@3*i  
OkfnxknZ|  
w3E#v&"=Y  
]G
H_;  
yDmx)^En  
ibL   
6. 说明：闪耀光栅 _sX@BE  
6)j/"9oY  
v FWg0 $,  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 )FSa]1t;x  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 \@F~4,VT  
1!p7N$QR  
||^+(  
>(BAIjF E\  
TJ+,G4z  
"*JyNwf  
7. Czerny-Turner 测量原理 a*bAf'=  
[iGL~RiXtn  
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。 C<yjGtVD  
NGL,j\(~7  
~Hb2-V  
/M5R<rl  
o3,}X@p  
8. 光栅衍射效率 =)IV^6~b  
H-/w8_} KG  
R}T\<6Y  
 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。 lqZUU92;  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 s~g0VNu Y  
 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) {jOV8SVL  
=BroH\  
kJk6lPSqi7  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 9six]
T  
#iVr @|,  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 cg).b?g  
$b`~KMO  
qLa6c2o,  
Bhg,P.7  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 '@G=xYR  
u`Abko<D  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 7QM1E(cMg  
1g>>{ y  
S:{`eDk\A_  
m,^UD{  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 L7PMam  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 I~)A!vp  
J?_-Dg(=  
应用示例详细内容 G6q*U,  
e_3($pj  
仿真&结果 -h%1rw  
v%E~sX&CG  
1. 结果：利用光线追迹分析 q"Th\? }%  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ufvjW]  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Qv;q*4_  
o|Kd\<rY  
bu,xIT^  
b:(t22m#?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Hd89./v`:  
;X%8I$Ba,  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 4b 1a?  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 wOn*QO[  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， P 9?I]a)G  
ra}t#Xt`  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 SdNxSD$Q  
tKYg  
S0H|:J  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Zy=DY  
"w{$d&+?ag  
3. 衍射效率的评估 X6so)1jJ  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 0 LQ%tn  
rp,Us#>6  
rj/1AK  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 &x
)nK  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd LX{mr{  
Nn-Et
M0w  
4. 结果：衍射级次的重叠 _3zJ.%  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 9{CajtN  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ;"JgNad  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 `*y%[J,I#  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) C=x70Y/  
 光栅方程： ,*Wp$  
/5y _ <  
bwe)_<c  
J6gn
!  
V<Co!2S  
5. 结果：光谱分辨率 Mw|lEctN0  
6 jU?~  
j9f[){m`  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run g5lK&-yu]  
@YbZ"Jb  
6. 结果：分辨钠的双波段 hq?F81  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 {=6CL'_  
   lu;gmWz  
aEn*vun  
gf70 O
>E  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 *0x!C8*`Xe  
~T!D:2G  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ;jh.\a_\  
G6pR?K+  
7. 总结 ufo\p=pGG  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 \d-9Ndp nf  
1. 仿真 J~)JsAXAI  
以光线追迹对单色仪核校。 =Y*zF>#lP  
2. 研究 &(h@]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。 N5mhs#  
3. 应用 Au"BDP  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 !im%t9  
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。 W4"1H0s`l  
扩展阅读 $ZlzS`XF7  
1. 扩展阅读 s:oj
lmPb  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 jJAr #|  
|y&vMx~t  
 开始视频 <SiJA`(7  
- 光路图介绍 2
]V8-  
- 参数运行介绍 p~OX1RBI  
- 参数优化介绍 Kh{_Bd
N  
 其他测量系统示例： s){R/2O3F  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) qRXHaQi@9  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) K0\`0E
^,  
*iV#_  
9Us'Q{CD   
QQ：2987619807 GW2v&Ul7(  

想学习

楼上你有图中的仿真文件么