[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) -B*= V  
J NPEyC  
应用示例简述 |k\4\aLj  
; $i{>mDT  
1.系统说明 qRZv[T%*Q  
wDVK
p['  
 光源 o:W>7~$jr=  
— 平面波(单色)用作参考光源 G3 rTzMO  
— 钠灯(具有钠的双重特性) (y*7 gf  
 组件 %@k@tD6  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ]bLI!2Kr  
 探测器 %JF^@\E!|  
— 功率 4>-'wMW")  
— 视觉评估 MHeUh[%(  
 建模/设计 IW?).%F  
— 光线追迹：初始系统概览 BiT #bg  
— 几何场追迹+(GFT+)： #^4p(eZ[}  
 窄带单色仪系统的仿真 ;h<(vc3@f  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 (~q.YJ'  
-K
eoq  
2.系统说明 8Wqh 8$  
mvgsf(a*'  
rofj&{w  
I$7|?8  
3.系统参数 Iv+JEuIi  
]Wr2IM  
IO3p&sJ/  
UTB]svC'  
xvw@'|  
4.建模/设计结果 N-Fs-uB  
55q!2>Jh.  
QxS]6hA  
<+Eu.K&  
总结 d!0iv'^t  
~tx|C3A`d  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 `yF6-F  
1. 仿真 [$M=+YRHMW  
以光线追迹对单色仪核校。 -LzkM"  
2. 研究 PkX4 !  
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:vsVK  
3. 应用 VaP9&tWXj  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 D+#OB|&Dn  
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。 I]Ev6>=;  
xB-\yWDZe  
应用示例详细内容 :j^IXZW  
系统参数 M^IEu}  
K|L&mL&8  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 PWciD '!  
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。 ;QO3^P}  
2_T2?weD5  
8u8-:c%{  
)R6h 1  
2. 系统参数 abMB-  
GdN9bA&,  
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。 ]#k=VKdV  
)j,Y(V$P  
Y"H'BT!b}  
=&T%Jm}  
3. 说明：平面波(参考) n(RQre  
3JYhF)G  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 OSoIH`tA  
>0F)^W?  
.*}!XKp0j  
sqXwDy+.  
4. 说明：双线钠灯光源 =/5^/vwgY  
GFGW'}w-  
i+qtL3  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 !$u:_8  
 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)。 0oK_uY 4g  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 35Ro85j  
=kzuU1s  
rEHlo[7^
 
P2Jo^WS  
5. 说明：抛物反射镜 -kF8ZF  
bv^wE,+?o  
<-6f}wN  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 `cQAO1-5  
 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。 S>Z07d6&  
Q~R%|Q{&  
k"3@G?JY  
[][ze2+b  
?K\r-J!Y  
; ,Nvg6c  
6. 说明：闪耀光栅 )\KU:_l  
bL`>#M_^  
^jbjHI&  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ]z O6ESH  
 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 q2b>Z6!5  
%i6/= 'u  
23d*;ri5  
$^e(?Pq  
|&"/u7^  
mxnu\@}(  
7. Czerny-Turner 测量原理 oeYUsnsbi  
A^c  (  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 .],:pL9d  
-zg 6^f_pW  
+H:}1sT;n  
QE|x[?7e,!  
A("\m>g$b  
8. 光栅衍射效率 Cxd^i  
uZM%F)  
X2|&\G9c  
 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。 w5 #;Lm  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 -lqD
  
 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) 5dX /<  
EfB.K}b^  
:qc?FQ ;  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ov<vSc<u  
&^`[$LtYd  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Q#F9&{'l  
xS4?M<|L63  
J`4V\D}n  
U2)?[C1q{  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 X?YT>+g;  
j0^1BVcj  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 d\R "?Sg  
O7%8FY  
JXV#V7  
Fh/psd  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 |!81M|H  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 8=@f lK  
:%g
M Xsb  
应用示例详细内容 PWeWz(]0Z4  
^M1jv(  
仿真&结果 O2":)zU.  
HzL~B#  
1. 结果：利用光线追迹分析 !UR3`Xk  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 L=<$^m  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 3&I3ViAH  
.}GOHW)}  
TS`m&N{i")  
._]*Y`5)d  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd p1[|5r5Day  
2%v6h  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 8>G5VhCm~o  
 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)。 1Vkb}A,'  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， >(_2'c*[w  
TV|Z$,6l  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 &lID6{79Z  
XI
:+EeM?  
H2xDC_Fs  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms \irKM8]LJ  
wy^mh.= UX  
3. 衍射效率的评估 sOVpDtZ]LR  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 He$v'87]  
~$ Po3]{s  
D-D8La?0p  
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。 0}YadNb7  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd AHMvh 7O?  
"!& o|!2  
4. 结果：衍射级次的重叠 ~c55LlO>  
 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。 #S]O|$&*  
 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)。 nVrV6w  
 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。 <Qr*!-Kc6  
 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) ;pS+S0U   
 光栅方程： G({5LjgW  
j+>[~c;0)  
c(29JZ  
gV$0J?Pr.  
}8ESp3~e_  
5. 结果：光谱分辨率 g6xQQ,q=l  
H@1qU|4  
z8r?C  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run C^LxJG{L5  
aO}p"-'  
6. 结果：分辨钠的双波段 e\O625  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 (uX"n`Dk  
   h#Mx(q  
unRFcjEa  
\II^&xSF  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 *>!-t   
1d842pt  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run fB&i{_J  
S;/pm$?/  
7. 总结 foBF]7Bz?  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Q<DXDvL  
1. 仿真 s'd\"WaQV  
以光线追迹对单色仪核校。 l^%52m@{  
2. 研究  z).&0K  
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。 \ [M4[Qlq  
3. 应用 KZ1m2R}'  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 o.Bbb=*rZ  
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'Qvis[kt  
扩展阅读 bSQj=
|h1  
1. 扩展阅读 Z#l6BXK  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 (LMT'  
KU Mk:5 c  
 开始视频 U]B-B+
-  
- 光路图介绍 Ji1#>;&  
- 参数运行介绍 >6W#v[  
- 参数优化介绍 {iCX?Sb  
 其他测量系统示例： {$pi};  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) IL uQf-  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) hFan$W$  
~Y;Z5e=  
fN21[Jv3  
QQ：2987619807 _PQk<QZ  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习