[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) vLv@&l
MW  
%R}qg6dL  
应用示例简述 QmQ=q7  
JA %J$d  
1.系统说明 Y@;CF  
8H%;WU9-  
 光源 +^` I?1\UF  
— 平面波(单色)用作参考光源 *D'22TO[[!  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 2~Kg
v|09  
 组件 tIWmp30S  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 0eT(J7[ <  
 探测器 JB%',J  
— 功率 GA$V0YQX  
— 视觉评估 OSRp0G20k\  
 建模/设计 Y4J3-wK5  
— 光线追迹：初始系统概览 M,j U}yD3  
— 几何场追迹+(GFT+)： +Z
b;Vn4  
 窄带单色仪系统的仿真 w;%.2VJ  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 6|gCuT4  
)MtF23k)g  
2.系统说明 QJZK|*  
x) ,eI'mf  
57'*
w]4f  
_('=b/  
3.系统参数 ST|x23|O]  
^7w+l @  
RFi S@.7  
lS"T4 5  
5[8xV%>;  
4.建模/设计结果 us1Hu)  
ZJnYIK  
_?-E7:Sw  
MR;1 2*p  
总结 DEBB()6,  
x!?u^  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 TYy?KG>:'  
1. 仿真 &DS/v)]  
以光线追迹对单色仪核校。 h}>"j%I  
2. 研究 O\ GEay2  
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。 Ryl:a\  
3. 应用 |T<_5Ik  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 dph{74Dc  
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。 Giid~e33  
;nI] !g:  
应用示例详细内容 KKb,d0T[  
系统参数 Bj+S"yS  
EB0TTJR?#  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 OsTc5K.U~  
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。 kVuUjP6(c  
vt/x ,Y  
ADz ^\  
Z|&MKG24  
2. 系统参数 fnpYT:%fG  
.Hescg/S  
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。 2%
MC
Yn  
9)D6Nm  
B+$%*%b  
'@a}H9>}  
3. 说明：平面波(参考) -{KQr1{5UM  
MH =%-S   
 采用单色平面光源用于计算和测试。 1Rt33\1J0  
,[N%Q#  
k6;?)~.  
-m\u  
4. 说明：双线钠灯光源 raW>xOivR  
J9..P&c\  
nxO"ua  
 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。 kPKB|kP\  
 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)。 
`A,-@`p  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 aR[JD2G  
LHyB3V  
Z@yW bjE7Z  
$1SPy|y  
5. 说明：抛物反射镜 |sa]F5  
.zr-:L5{  
kc2PoJ  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 l.(v^3:X  
 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。 UI0(=>L  
xn?a. 3b'  
?'IP4z;y  
, |0}<%  
DMs,y{v  
$ux,9H'[  
6. 说明：闪耀光栅 q'+)t7!  
#9=Vg  
pXtl 6K%  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 #./fY;:cj  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 {Je[ZQ$  
?(xnSW@r  
Z3%}ajPu[  
+<'Ev~  
oxr#7Ei0d  
MO[2~`,Q!  
7. Czerny-Turner 测量原理 ,1hxw<sNR  
]GUvV&6@(  
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。 at@G/?  
6S},(=  
u]:oZMnj  
sm9k/(-
 
XYQ/^SI!:  
8. 光栅衍射效率 N[?N5
~jG  
.28<tEf  
p$O.> [  
 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。 |Yx~;q:  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 RXNn[A4xfY  
 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) <<UB ^v m  
SQ@y;|(  
Cwr~HY  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ?}qttj  
A4Rug\p]  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 {vs uPY  
i|c'Lbre`  
PYQ;``~x  
+2(I1  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 \1d(9jR  
"_P;2N6  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 AJt+p&I[J  
}I2wjO  
w}L]X1#sF  
md=TjMaY  
 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)。 1}S S+>`  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ycc4W*]  
o\BOL3H  
应用示例详细内容 V4hiGO[  
wrviR  
仿真&结果 3^IpE];+:u  
<5d~P/,  
1. 结果：利用光线追迹分析 Y)1PB+  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 &\#sI9  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 -#7'r<I9@  
f< ia(
d  
I?]ohG K  
vNVox0V  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ZLc -RM  
:D euX  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 e%@'5k\SK  
 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)。 $>G8_q  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， oxC[F*mD  
QFE:tBHe  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 =FlDb 5t{  
{mm)ay|M  
w+C7BPV&  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Gp1?iX?ml  
63^O|y\W8  
3. 衍射效率的评估 NYt&@Z}]  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 4Fa~Aog  
%!]@J[*1  
neB\q[
k  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 ;"KJ7p  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd \"qY"V  
"76]u)  
4. 结果：衍射级次的重叠 ` w=>I  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 2-&k^Gl!:  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ;}7Rjl#  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 I*%-cA%l  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) k;2GEa]w  
 光栅方程： bT\1>  
c
cB&O _  
p s/Ayjk  
dOa+(f
Me  
'ZT^PV\  
5. 结果：光谱分辨率 "/)#O
~  
uYn_? G  
BD68$y  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ,C K{F  
C.~,qmOP  
6. 结果：分辨钠的双波段 uvMy^_}L  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 zepm!JR1  
   *Y,x|F  
#J@[Wd  
RzxNbeki[W  
设置的光谱仪可以分辨双波长。  RwKdxK+;  
(XeE2l2M  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ks"|}9\%<  
34z"Pm  
7. 总结 YHkn2]^#A  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 \Npxv  
1. 仿真 V\{clJ\U  
以光线追迹对单色仪核校。 Z?}dq-Vh&  
2. 研究 H+1-]'g`  
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。 OSlvwH%(EE  
3. 应用 <L`KzaA  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 `q?8A3A  
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。 K$>%e36Cc  
扩展阅读
E7NV ^4h  
1. 扩展阅读 gMY1ts}Z  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 r) HHwh{9  
i8`Vv7LF  
 开始视频 YX=a#%vrl  
- 光路图介绍 pczug-nB  
- 参数运行介绍 I2TaT(e\  
- 参数优化介绍 tro7Di2Q  
 其他测量系统示例： , 0imiv  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ,#Iu 7di  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ?>
hPO73{  
}B8IBveu  
@<&5J7fb  
QQ：2987619807 3 N.~mR  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习