[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) ]Z6? m  
Qb/:E}h]$  
应用示例简述 "Z,T%]  
>,3
uu}s  
1.系统说明 `Z5dRLrd  
s>L
.V2!$0  
 光源 &V<f;PF(I  
— 平面波(单色)用作参考光源 GQ@mQ=i  
— 钠灯(具有钠的双重特性) .lP',hn  
 组件 Q25VG5G  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 y1PyH  
 探测器 Cfd* Q  
— 功率 -PSgBH[  
— 视觉评估 =QtFJ9\  
 建模/设计 ?H@<8Ra=3  
— 光线追迹：初始系统概览 j_<!y(W  
— 几何场追迹+(GFT+)： L;j++^p  
 窄带单色仪系统的仿真 Lkx~>U   
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 WfG +_iP?  
c$&({Z{1  
2.系统说明  @,k5T51m  
'xkl|P>=],  
4E=v)C'  
{dpDQP +!  
3.系统参数 { ,c*OR  
r#)1/`h  
!Pnjr T  
a
%bE}  
5~IdWwG*w  
4.建模/设计结果 zN[& iKf  
T~Bj],k_  
;xzaW4(3  
A7+Z
Y,  
总结
ml1%C%  
-q{N1?tcy  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 \DZ.#=d  
1. 仿真 XJ3sqcS  
以光线追迹对单色仪核校。 JRFUNy1+e1  
2. 研究 3s%ND7!/  
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。 *OFG3uM  
3. 应用 =VuSi(d;e{  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 9+N%Io?!  
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。 0`c{9gY.  
=tt3nfZ9  
应用示例详细内容 `DgK$QM  
系统参数 -#;xfJE  
c6 mS  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 AK&>3D  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 V27RK-.N!  
U[?_|=~7  
E;C{i  
%wOkp`1-  
2. 系统参数 b1 w@toc  
iD_y@+iz  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 =cjO]  
pl&nr7\  
QWfSm^ t  
fuUtM_11  
3. 说明：平面波(参考) ..u{v}4&  
s)qrlv5H  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ;
n(f?RO3X  
a,RCK~GR  
z6E =%-`  
,*6K3/kW  
4. 说明：双线钠灯光源 0N>K4ho6{  
EA6l11{Gk1  
;NRh0)%|o  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 ; o_0~l=-/  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 [ZSC]w^  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 o6O-\d7
^M  
0x-g0]  
9Tt%~m^  
<5z!0m-G  
5. 说明：抛物反射镜 Io3-\Ff  
[d[w/@  
VM\R-[  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 d%'#-w'  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 #4$YQ  
BkXv4|UE
 
lF}@@e)N  
_<.VP  
IXa~,a H71  
xE<H@@w  
6. 说明：闪耀光栅 }UW*[dCf>C  
4};@QFT*  
=exCpW>  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 jC>ZMy8U)4  
 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 ch0^g8@Q[  
St%x\[D  
X|hYZR  
iLSUz j`  
'xqyG XI  
(rBsh6@)  
7. Czerny-Turner 测量原理 `Uz.9_6  
*Sj)9mp  
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。 ]o
uoRlb/  
}?Y -I> w  
c%doNY9Q  
xQvI$vP  
"H(3pl.  
8. 光栅衍射效率 iw,u
wh|L  
PDD2ouv4  
/r~2KZE  
 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。 #0<pRDXj  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 a[~[lk=7  
 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) .2@T|WD!Ah  
WS n>P7sY  
R|qrK  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd t^":.}[Q  
Cu#n5SF*  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 aF?_V!#cT  
Q"FN"uQ}x  
Jl\xE`-7  
@QmN= X5  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 1w7tRw  
jV*10kM<  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 C%yH}T\s  
TzaeE  
GqCBD-@4v.  
O
oA!N-Q  
 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)。 ENhLonMeV  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 s7 nl  
30^q_|l:]  
应用示例详细内容 $jh$nMx)!  

_@B?  
仿真&结果 %W D^0U|  
$5G(_   
1. 结果：利用光线追迹分析 2Ty]s~  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Wd;t(5Xl  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 1<m`38'  
s&nat4{B  
tdRvg7v,N%  
Q|o$^D,  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ^O7sQ7V"f=  
~|=D.}#$  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 aWTurnee^  
 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)。 'm*
W<  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， *RS/`a;,  
bxh-#x &  
 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。 _0Ea 3K  
Fvk=
6$d2  
A!!!7tj  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms VCc=dME  
#^VZJ:2=|  
3. 衍射效率的评估 Wx-0Ip'9  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 f
eyc  
cu>(;=  
Y({ R\W|  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 "v?F4&\ 8  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 1]''@oh{6U  
L3\#ufytb  
4. 结果：衍射级次的重叠 (Nc~l ^a  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 u4FD}nV  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 W6>t!1oO+  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 \ejHM}w3,  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 3\}u#/Vb  
 光栅方程： A^).i_&#  
jA9uB.I,"b  
O'98OH+u  
Y910\h@V  
4#>Z.sf  
5. 结果：光谱分辨率 KS(H_&j  
u_NLgM7*  
lv/
im/]v  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run %bTuE' `b  
9l~D}5e7  
6. 结果：分辨钠的双波段 dz+!yE\f$  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 TOG4=y-N  
   }kQ{T:q4  
,&@GxiU  
_a
b8z]H   
设置的光谱仪可以分辨双波长。 \k=dqWBr7  
bu6Sp3g  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Az y`
4  
P9 HKev?y  
7. 总结 8>WA5:]v  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 (rhlK} C  
1. 仿真 XcT!4xG0  
以光线追迹对单色仪核校。 t[+bZUS$~  
2. 研究 plPPf+\  
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。 _D}3``  
3. 应用 8<}=f4vUj5  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 \azMF}mb  
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。 1_S]t[?I/  
扩展阅读 N9|J\;fzT  
1. 扩展阅读 hK)'dG*  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 (U#,;  
(bv{17K  
 开始视频 wG MhKZE  
- 光路图介绍 #z>I =gl  
- 参数运行介绍 DgcS@N  
- 参数优化介绍 4>oM5Yf8  
 其他测量系统示例： az![u)  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ^G`6Zg;  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) .9e5@@VR  
eik_w(xPT  
,gZp/yJ;  
QQ：2987619807 wipl5O@L  

想学习

楼上你有图中的仿真文件么