[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) Cn "s
` q  
XDFx.)
t  
应用示例简述 f}x.jxY?  
_i20|v  
1.系统说明 eD*A)  
k} |   
 光源 maXG:l|  
— 平面波(单色)用作参考光源 hRK/T7v  
— 钠灯(具有钠的双重特性) SV2M+5#;  
 组件 zmSUw}-4N  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 vTJ}8  
 探测器 fSs4ZXC  
— 功率 bT^I"  
— 视觉评估 jO!y_Y]B  
 建模/设计 JV]^zW  
— 光线追迹：初始系统概览 >_|O1H./4  
— 几何场追迹+(GFT+)： Hm%;=`:'  
 窄带单色仪系统的仿真 DV<` K$ET  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ,u`B<heoLU  
Mf&{7%  
2.系统说明 z7Q?D^miy  
MLRK74D  
">y%iE  
G>1eFBh }  
3.系统参数 _nbBIaHN{  
o]; [R  
fjs [f'L  
=8; {\  
gx\&_)w N  
4.建模/设计结果 N4L|;?  
E ,|xJjh  
Qj.l:9%  
mR}6r2O2\Q  
总结 li0i"  
&?*V0luP)  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 = c>Qx"Sw  
1. 仿真 oAPb*;}  
以光线追迹对单色仪核校。 J|w\@inQ  
2. 研究 &!/}Qp  
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。 [&&1j@LQ*  
3. 应用 n#wI@W>%+  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 @@8J6*y  
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。 %2XHNW  
;)!Sp:mHX  
应用示例详细内容 XVvK2(  
系统参数 RV5n,J  
Cb9;QzBVA#  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 $+>M{fg?  
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。 mxz-4.  
59O?_F9  
)FpZPdN+h  
+;#Y]xy:  
2. 系统参数 \9/ b
!A  
? P( ZA  
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。 $aN&nhoO<  
Mi/&f   
r9 !Tug*>m  
6bBB/yd  
3. 说明：平面波(参考) (Nx;0"5IX  
/Rg*~Ers *  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 4)U.5FBk )  
1. rj'  
K00 87}H  
Qt/8r*Oe  
4. 说明：双线钠灯光源 + j
W1V}h  
sK7+Q  
gMaN)ESqd4  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 p\JfFfC  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 T)Y=zIQ1]7  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 2EfF
=Fm>  
jSwf*u  
lhw ,J]0*  
av$/Om:  
5. 说明：抛物反射镜 ?_Q/}@`  
;uW}`Q
<  
Sp^9&^  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 t$A%*JBKm  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 |jVM
&R2s  
}C#;fp"L  
e}.^Tiwd]  
hWT[L.>k  
mGGsB5#w>  
##EYH1P]  
6. 说明：闪耀光栅 E[bd@[N 8  
;Hj~
n+  
ODC8D>Z
Yl  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 cg*)0U-_(  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 FN%m0"/Z{t  
e`v`XSA[p  
?HV`| Cw  
!Z5[QNVaV  
~I799Xi  
e&qh9mlE  
7. Czerny-Turner 测量原理 Xixqxm*8  
Tp9-niW  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 h?FmBK'BAd  
ty*@7
g0k  
X0M1(BJgGo  
nYa*b=[.  
Wxbq)Z[V  
8. 光栅衍射效率 &_gTD  
j~e;DO  
\;mH(-  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 Iz{R}#8CZ  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 (<Th=Fns?  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) ;XDz)`c  
Zt&6Ua[Y}  
L   
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd H_ez'yy  
=l0Jb#d  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 NSFs\a@1  
nYt/U\n!  
fz3lV  
_"#!e{N|  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 "/nNM{^  
%T[^D&9$,  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 -#Z bR  
V86Xg:?7  
C>[fB|^  
.]9c/  
 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)。 =07]z@s  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 G_dsrpI=N  
a+9*@z2  
应用示例详细内容 QZ?=M@|f  
5zIAhg@o:q  
仿真&结果 \J6hI\/4^  
XK5<Tg  
1. 结果：利用光线追迹分析 >"@?ir  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 )#}mH@  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 !2|=PB' M  
C(id=F  
wfP5@!I  
3tmdi3s  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd "9bN+1[<  
c.A|Ir  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 7rC uu*M  
 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)。 XZ/[v8  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， @Kgl%[NmX  
ne>g?"Pex{  
 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。 ~WpG
f,  
5&f{1M6l>  
gXH[$guf  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms `+/H
^  
07/L}b`P  
3. 衍射效率的评估 Zv_jy@k  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 p<v.Q
  
)kJH5/  
1H,g=Y4f%  
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。 q,2]5'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd /n4pXT  
>z`,ch6~  
4. 结果：衍射级次的重叠 cFagz* !  
 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。 dk==?  
 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)。 yt+}K)Hz  
 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。 X{g%kf,D=  
 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) %G@5!|J  
 光栅方程： }N*>QR5K  
=9LC<2  
CZEW-PIhj  
ZCg`z
  
s6}Xt=j  
5. 结果：光谱分辨率 sK 2 e&  
Q#Y k?Kv~  
)=
Q)BN[  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Q8MS,7y/  
L}j0a>=x4  
6. 结果：分辨钠的双波段 GyC/_ntn  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 -~4+w  
   UHGcnz<  
<fdPLw;@e4  
4q$H  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 wVq\FY%  
LjdYsa
i-  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run fB+b}aoV  
@S 6u9v  
7. 总结 PVao  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 c {I"R8  
1. 仿真 8#` 6M5  
以光线追迹对单色仪核校。 * \HRw +cL  
2. 研究 &&L"&Rc  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 =raA?Bp3;(  
3. 应用 E-1"+p  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 (}:C+p 'I  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Qeb}!k2A  
扩展阅读 \O7J=6fn  
1. 扩展阅读 ~@8+hnE]  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 (P==VZQg  
Zwe[_z!*D  
 开始视频 Vj; vo`T  
- 光路图介绍 s T3p
>8n  
- 参数运行介绍 >m_v5K  
- 参数优化介绍 iS@\ =CK  
 其他测量系统示例： e@F|NCQ.9  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 5eX59:vtl  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) `dJDucD  
gUB{Bh($Y  
83.E0@$  
QQ：2987619807 Q1>zg,r  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习