[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) P;y45b  
*"2+B&Y  
应用示例简述 t,Lrfv])  
phkwN}6  
1.系统说明 P
Nhe  
~D+bh~  
 光源 dbLZc$vPj  
— 平面波(单色)用作参考光源 iXkF1r]i  
— 钠灯(具有钠的双重特性) iU918!!N  
 组件 lBE=(A`  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 A QU+mo  
 探测器 )}R0Y=e  
— 功率 ;O5zUl-`  
— 视觉评估 S72+d%$  
 建模/设计 unzr0x {  
— 光线追迹：初始系统概览 ,pfG  
— 几何场追迹+(GFT+)： "^[ 'y7i  
 窄带单色仪系统的仿真 P:S.~Jq  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Po;W'7"Po`  
tT8%yG}  
2.系统说明 2W(s(-hD  
_ye |Y  
yzn%<H~  
w"F 9l  
3.系统参数 =?*!"&h  
s[*rzoA  
0o4XUW   
8rGgF]F  
~_)^X  
4.建模/设计结果 *R,5h2;  
+E+p"7  
2s8a $3  
qwcD`HV,  
总结 ]cvwIc">  
]q[D>6_  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 =*.~BG  
1. 仿真 ]A`n( "%  
以光线追迹对单色仪核校。 @bLy,Xr&  
2. 研究 }#+^{P3;  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 e"cXun4nS=  
3. 应用 v~C Czg  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 3
`?7<YJ  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 S+6.ZZ9
c  
nW:C/{n2tG  
应用示例详细内容 "{xrL4BtC  
系统参数 Kw
^7>\  
n&/ `  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 VGN5<?PrN  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 >|=ts  
5;WH:XM  
3\,4 ]l|  
E&w7GZNt  
2. 系统参数 A{zN| S[  
C.P*#_R  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 }>|s=uGW  
Q{>k1$fkV  
RP|`HkP-2  
MN>b7O \.?  
3. 说明：平面波(参考) Nx;~@  
IPpN@  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 {Xy5pfW Q  
>'
$Mp<  
q i;1L Kc  
|e&\<LwsP  
4. 说明：双线钠灯光源 /N.b%M]!  
$I>w]  
.{^5X)  
 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。 0mVNQxHI  
 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)。 ="H%6S4'  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 HiFUv>,u  
H?Wya.7  
3?yg\  
Om@;J%u/  
5. 说明：抛物反射镜 } OR+Io  
T-L||yE,h  
.<FH>NW)  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 & .j&0WE  
 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。 _[3D  
w9imKVry  
qDIZJh  
3hH<T.@)  
V!=,0zy~Z  
6 "sSoj  
6. 说明：闪耀光栅 *fxG?}YT  
ioCsV
  
ITBE|b  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 6gE7e|+  
 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 zw[m9N5\h  
!pW0qX\1n  
x9g#<2w8  
ND;#7/$>  
~mxO7cy5Cg  
m s\}  
7. Czerny-Turner 测量原理 fr3d  
+6\Zj)  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 # W']6'O  
7$=InK  
AkV#J, 3LC  
~0$&3a<n1  

D>q9 3;p  
8. 光栅衍射效率 4HlQ&2O%#  
n>YKa)|W`  
)t#W{Gzfmh  
 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。 eauF~md,  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 4[eXe$  
 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) @9s$4DS  
0,")C5j  
jLluj   
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ICQKP1WFp  
} Kgy  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 e7 o.x
R  
L,!?Nt\  
L8B!u9%  
0l6.<-f{  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 {<KVx9  
K"MX!  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 mzgfFNm^G)  
?@86P|19  
4Nsp<Kn>  
W<g1<z\f  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 <5051UEu  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 !Uo4,g6r+  
|BXg/gW  
应用示例详细内容 }K(TjZR  
mfr|:i  
仿真&结果 <hyKu  
=s6 opL)  
1. 结果：利用光线追迹分析 l/5 hp.  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 6gDN`e,@  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 *.[. {qG(  
h*\%
vr  
Pq$n5fZC!  
jP.
dDYc  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd "tK=+f`NM  
%|oym.-I6  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 f o3}W^0  
 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)。 gSj,E8-g  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， P%n>Tg80M  
$`8wJf9@w  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 tH4B:Bgj!  
LghfM"g  
QT}tvm@PMq  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 2=}FBA,2  
fz_r7?  
3. 衍射效率的评估 X?Q4}Y  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 yHaGkm  
UiNP3T
J'L  
ckn(`I  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 \;Weizq5  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd EU#^7  
-Y8B~@]P?  
4. 结果：衍射级次的重叠 |w=zOC;v  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。  Z\sDUJ  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 P+}h$_x  
 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。 XjBD{m(  
 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) |s_GlJV.  
 光栅方程： 9gIrt 6  
/bmN\I  
:4|4=mkr  
\U_@S.  
'3;b@g,  
5. 结果：光谱分辨率 rm_Nn8p,  
:(%5:1W  
q3`u1S7Z7  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run iy"*5<;*DD  
=(^3}x  
6. 结果：分辨钠的双波段 W g! Lfu  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 :T~[  
   HaYo!.(Fv  
Q2>gU#  
Wp,R^d  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 v:#tWEbo-  
4p wH>1  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run p ll)Y  
$cgcX  
7. 总结 "N#Y gSr  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Y/oHu@ _  
1. 仿真 ~J]qP#C  
以光线追迹对单色仪核校。 i/.6>4tE:  
2. 研究 ~#/  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 1~gCtBRM  
3. 应用 HOi`$vX}N  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 gM]:Ma  
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。 +[ZY:ZQ  
扩展阅读 ry]l.@o;  
1. 扩展阅读 TqQ[_RKg2  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 +`15le`R  
OrW  
 开始视频 \7_y%HR  
- 光路图介绍 I=#$8l.*  
- 参数运行介绍 3g B7g'U  
- 参数优化介绍 QV8g#&z  
 其他测量系统示例： [>9is=>o.  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) IGgL7^MF  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) XP}<N&j  
kGJC\{N5N  
O0:q;<>z  
QQ：2987619807 _v:SP LU  

想学习

楼上你有图中的仿真文件么