[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) H_3WxfO  
TCzlu#w  
应用示例简述 R!7--]Wcg  
,1B4FAR&  
1.系统说明 :UH*Wft1  
dc4XX5Z  
 光源 Z.Z31yF:f  
— 平面波(单色)用作参考光源 >T
*BEikC  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 0PFC
%x  
 组件 \'u+iB g  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ^_3$f  
 探测器 (QqeMG,Y  
— 功率 Pq35w#`!  
— 视觉评估 /8`9SS  
 建模/设计 g0a!auWM  
— 光线追迹：初始系统概览 n%;tVa  
— 几何场追迹+(GFT+)： E=S_1  
 窄带单色仪系统的仿真 XPq`;<G  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 \8a014  
J32{#\By  
2.系统说明 w""u]b%:r  
XAF]B,h=  
-gC%*S5&  
Fd80T6[  
3.系统参数 @W(,|xE
S  
=? q&/ cru  
`Has3AX8  
~ W8 M3(^  
<b\.d^=B  
4.建模/设计结果 R*W1
<W%q=  
Ue,eEer  
X,o ]tgg=  
GO][`zZJ]  
总结 jamai
8  
#&S<{75A  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 JPT&!%~  
1. 仿真 ]>sMu]biH  
以光线追迹对单色仪核校。 .1J`>T?=Q  
2. 研究 1ATH$x  
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。 c(?OE' "Z  
3. 应用 q4"^G:  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 (lYC2i_b#  
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。 ji,`?  
A"+t[0$.  
应用示例详细内容 T_)+l)  
系统参数 cY~lDLyB  
c-@EHv  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 flBJO.2  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 !g>mjD  
|?' gT"#  
{=R vFA  
X/Fip0i  
2. 系统参数 /~<Przw  
"6?Y$y/wm  
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。 nu|odP  
Xa>c]j  
NH1|_2  
4HXNu,T'  
3. 说明：平面波(参考) &.0wPyw  
kwt;pxp i  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 CFY4PuI"!  
cetlr  

J/vcP
 
jz&=8  
4. 说明：双线钠灯光源 63i&e/pv  
u`*
$EP-%  
)[t3-'  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 F
EA/}*2F  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 e7U9"pk  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 jN7Z}1`  
D%'rq  
FFF7f5F  
hJ V*  
5. 说明：抛物反射镜 &gm/@_  
W?12'EG}xa  
<*{(>  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 mO\=#Q>  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 1g|6,J  
|qibO \_  
D2#.qoP #  
(]<G)+*  
?[O Sy.6  
kca  Y  
6. 说明：闪耀光栅 pC)S
9Kl  
gJZ9XLPC  
FkoN+\d  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 vnz}Pr! c  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 v[?eL0Z  
B;L^!sL
P  
Aa%ks+1  
=G<S!qW  
kI$X~s$r  
W&a<Q)o*I  
7. Czerny-Turner 测量原理 s|8_R;  
&$NVEmW-J  
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。 9hs7B!3pc>  
* @j#13.  
>E(
IkpZ  
)'?@raB!  
rwdj  
8. 光栅衍射效率 hLLg  
nF|m*_DW  
Ucok&)7-  
 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。 )8Sm}aC  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 j6)@kW9x  
 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) (z<&PP  
^)/oDyO  
9Fxz9_ i  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd "7a;Apq*  
ag$UNV  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 .:s**UiDR  
re}P  
;-65~i0Iu  
%S4pkFR  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 %7rWebd-  
f_Q_qckB%x  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 +Gvf5+ 5VR  
e c`3
Qw  
9Q%Fel.
  
N;\by<snN  
 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)。 C_Z[ul  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 n.Q?@\}2  
4E& 3{hnp  
应用示例详细内容 7uRXu>h  
-xf=dzm)  
仿真&结果 N~ XzgI  
Nl1v*9_x  
1. 结果：利用光线追迹分析 "-TIao#  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 R:v`\  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 KArnNmJ9  
QJ s/0iw  
# 1,(I  
 p68) 0  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd PRCr7f  
`W[oLQ  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 %+9Mr ami  
 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)。 '&}B"1  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， @[S\ FjI  
%-:6#bz  
 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|h}'p  
w_I}FPT<(:  
&`63"^y  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms A_@#V)D2  
RxkcQL/Le  
3. 衍射效率的评估 7
@Qz  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 #f@sq5pTO  
3&-BO%i
 
0BIH.ZV#  
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。 cQUmcK/,  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd lG;sDR|)(  
]#[R^t  
4. 结果：衍射级次的重叠 P{)eZINlE  
 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。 nQvv'%v0  
 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)。 C=AX{sn  
 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_8 8I:O  
 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) I"9S  
 光栅方程： Z
cv1%hI  
9[B*CD|  
8fJ- XFK$:  
=8fp4#]7  
,?7URx*  
5. 结果：光谱分辨率 [>4Ou^=1  
'LR5s[$j  
vh+IhGi  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 5>JrTO5  
BxO8oKe  
6. 结果：分辨钠的双波段 >e"CpbZ'  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 icHc!m?  
   SUfl`\O  
uQ{ &x6.1  
Qg9 N?e{z  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 s&!g )  
pl V]hu27K  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run b4s.`%U  
V\WqA8  
7. 总结 ep Eg6   
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 F\Ex$:%~  
1. 仿真 >ZuWsA0q  
以光线追迹对单色仪核校。 N%:QaCZKw  
2. 研究 PygaW&9Z|d  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 X61]N^y  
3. 应用 /N7j5v(  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ">lu8F  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 }^^X-_XT  
扩展阅读 vWcU+GBZI  
1. 扩展阅读 Y:oL  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Id(L}i(X  
gyJ$Jp  
 开始视频  =h\,-8  
- 光路图介绍 @]t}bF]  
- 参数运行介绍 4WZ:zr N
 
- 参数优化介绍 4}Y2 B$  
 其他测量系统示例： NB;8 e>8  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) kb]PWOz  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) u!];RHOp|  
|#Bz&T  
l_y:IY$"  
QQ：2987619807 S.aSNH<  

想学习

楼上你有图中的仿真文件么