[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) Q1yXdw  
{fV$\^c  
应用示例简述 -w"lW7
 
t\YM Hq<Y  
1.系统说明 Nr*X1lJ6  
fdwP@6eh  
 光源 >/ A'G  
— 平面波(单色)用作参考光源 kMLJa=]$  
— 钠灯(具有钠的双重特性) v{"yrC  
 组件 q=`n3+N_H~  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 2T?Y  
 探测器 ^\`a-l^  
— 功率 +%klS `_  
— 视觉评估 a-FI`Dv  
 建模/设计 aqQ+A:g  
— 光线追迹：初始系统概览 D{y7[#$h$  
— 几何场追迹+(GFT+)： [iO8R-N8d  
 窄带单色仪系统的仿真 o6~JAvw  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Y}2Sr-@u  
AX1!<K  
2.系统说明 }><[6Uz%  
uH'?Ikx"  
 CDuA2e  
E6O!e<ze^  
3.系统参数 xqY'-Hom  
zd!%7 UP  
n=$ne2/  
C'gv#!Q  
P?|\Ig1Gk
 
4.建模/设计结果 <Ist^h+o  
[dFcxzM-N  
#QcRN?s  
Dic|n@_Fy  
总结 {dRZ2U3  
T=sAy/1oR  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ' i5KRFy-  
1. 仿真 tk h *su  
以光线追迹对单色仪核校。 0QfDgDX  
2. 研究 H%rNQxA2 +  
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。 BgdUG:;&  
3. 应用 EH M59s|B  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ~&MDfpl  
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。 J#i7'9g  
ln8N
cAEx  
应用示例详细内容 ,!%E\`  
系统参数 W1)<!nwA  
p-EU"O  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 6~W@$SP,F  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 !plu;w  
9xzow,mi  
z9OpxW@Ou  
eu_ZsseZ  
2. 系统参数 VEIct{  
>D~8iuy]8.  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 F$'u`  
$>yfu=]?  
X9FO"(J  
sb8bCEm-\  
3. 说明：平面波(参考) ,t wB" *  
$^?VyHXvY  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 A9K$:mL<2  
f>ktv76  
`0M6<e]C  
h:?qd  
4. 说明：双线钠灯光源 :p]e4|R  
CX\XaM)l  
c@}t@k  
 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。 GQA\JYw|oY  
 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)。 G?XA",AC  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ;A7JX:*?y=  
>.K%W*t  
UXpp1/d|e  
u|AMqS  
5. 说明：抛物反射镜 ' F9gp!s8~  
dc1Zh W4  
~@xPoD&  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 vo*oCfm  
 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。 AgSAjBP  
!-3;Qj}V  
6G"UXNa,  
"qR, V9\  
JJbd h \  
|#Lz0<c;  
6. 说明：闪耀光栅 u)o-H!a  
G'-#99wv.  
~AX~z)  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 e_KfnPY   
 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 7[qL~BT+  
s9nPxC&A  
~:f..|JM  
L2EQ 9i'[  
)&>W/56/  
\$Wpt#V  
7. Czerny-Turner 测量原理 YOGj__:  
b$#b+G{y  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 7f ub^'_  
T9Juq6|  
"zd_eC5  
kVKAG\F  
rg>2tgA  
8. 光栅衍射效率 vFntzN>#  
>&S}u\/  
m<>BxX  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 ,z/aT6M?H  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 u4SL:IH{D  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) fDqT7}L  
A7+Z
Y,  
*w*>\ZhOm  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd F/>\uzu  
\DZ.#=d  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 R3|4|JlGR  
Q35\w
Q#  
_r\M}lDh*  
*OFG3uM  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 =VuSi(d;e{  
\2a;z<(  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 f?k0(rl  
LPJ7V`!k  
[tfB*m5  
vZTXvdF  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 ~,1Sw7rE  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 b6f OHy  
Hh=fv~X  
应用示例详细内容 x$BNFb%I1  
Yn="vpM1  
仿真&结果 /ugyUpyg  
X7L:cVBg  
1. 结果：利用光线追迹分析 mWaij]1>  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 YFB>GQ;  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Y&O2;q/B  
4{zy)GE|W  
IV. })8
 
lRg?||1ik  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 9c)#j&2?H  
MukJ^h*V  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 >iOf3I-ATt  
 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)。 rn*'[i
?  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 4mo/MK&M:  
>;c);|'}q  
 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。 ;NRh0)%|o  
3jxC}xz)  
9!Mh(KtQ  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms &F~d~;G"q  
<6 Rec^QF  
3. 衍射效率的评估 xWzybuLp  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ktTP~7UVi  
m#RJRuZ|2V  
r]p3DQ  
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。 W$zRUG-  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd aH_c84DS  
`Fr ,,Q81\  
4. 结果：衍射级次的重叠 zG='U  
 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。 4DCh+|r  
 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)。 ;Y*K!iFWH  
 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。 mk1R~4v  
 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) *GE6zGdN  
 光栅方程： d[3me{Rs  
mv8H:T  
C 6 \  
xc}[q`vK  
N { oVz],  
5. 结果：光谱分辨率 $"/l*H\h  

=figat  
oa"Bpi9i  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run I8J>>H'#A  
iiq `:G  
6. 结果：分辨钠的双波段 :V+rC]0  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ~3:hed7:  
   u$%C`v
>  
u$aK19K/  
iptA#<Yj  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ^vd$j-kjTP  
G=17]>U  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run _r3Y$^!U  
]w6F%d  
7. 总结 *>=tmW;%  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 K _VIk'RB  
1. 仿真 #0<pRDXj  
以光线追迹对单色仪核校。 a[~[lk=7  
2. 研究 .2@T|WD!Ah  
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。 WS n>P7sY  
3. 应用 R|qrK  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 t^":.}[Q  
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。 \UK}
B  
扩展阅读 u/j\pDl.  
1. 扩展阅读 HU?1>}4L  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 wL),/i&<  
.Bl:hk\  
 开始视频 0<`qz |_h  
- 光路图介绍 jV*10kM<  
- 参数运行介绍 C%yH}T\s  
- 参数优化介绍 TzaeE  
 其他测量系统示例： GqCBD-@4v.  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Zt9G[[]  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) K@1gK<,a  
ENhLonMeV  
=_k  
QQ：2987619807 -M=BD-_.h  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习