[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) uR")@Tc  
:zC=JvKT  
应用示例简述 i]zh8|">  
^38kxwh  
1.系统说明 !U5Cwq  
s!0
9cS  
 光源 78T;b7!-C  
— 平面波(单色)用作参考光源 aG"  
— 钠灯(具有钠的双重特性) kdA]gpdw  
 组件 mMZ=9 ?m  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 S% ptG$Z  
 探测器 y54RD/`-  
— 功率 kVWrZ>McK  
— 视觉评估 =*4^Dtp  
 建模/设计 Rp zuSh  
— 光线追迹：初始系统概览 pOy(XUV9O  
— 几何场追迹+(GFT+)： WVyq$p/V  
 窄带单色仪系统的仿真 DS|x*w'I  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 '6WZi|(a  
;(g"=9e  
2.系统说明 GYT0zMMf  
,^iT,MgNNf  
kyB>]2  
<+ <o X"I  
3.系统参数 qqYQ/4Ajw  
u8~5e  
q<g!bW%  
W.7u6F`  
iee`Yg!EOH  
4.建模/设计结果 -RThd"  
,;= S\  
2zjY|g/  
j,_{f =3;  
总结 )]}68}9  
Q|Pm8{8  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 a- /p/ I-%  
1. 仿真 Mm^6*L]  
以光线追迹对单色仪核校。 xNV
SWi,  
2. 研究 e $5s],,n  
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。 xUs1-O1i  
3. 应用 'xOH~RlE
 
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 \ ]h$8JwV  
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。 P_N},Xry  
{2&MyxV  
应用示例详细内容 Zvz}Z8jW  
系统参数 }Oy/F  
F.R0c@&W  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 L!W5H2Mc  
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。 X`}4=>  
"FfP&lF/  
x A ZRl  
SQ`ec95',  
2. 系统参数 CYk"  
}Tk*?tYt  
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。 "k7
C
 
%t-}dC&  
-F-,
Gcos  
Su`] ku'  
3. 说明：平面波(参考) Luh*+l-nO  
^#j{9FpPs  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 +3;[1dpgf  
V_Y2@4  
k{C|{m  
w3oe.hWP3N  
4. 说明：双线钠灯光源 q}7(w$&  
6~(
iLtd#  
jowR!rqf  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 (@u"  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 >:U{o!N`#_  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 T`^LWc"  
UXV>#U?  
=Cr F(wVO"  
4}=Z+tDu>  
5. 说明：抛物反射镜 h|&qWv  
k'Z$#  
V}"w8i+D?  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 [kg*BaG:  
 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。 !xZ`()D#  
$P~Tt4068  
umj5M5oe3  
SSI('6Z/  
|h1Y3  

\rf2Os  
6. 说明：闪耀光栅 +LAjh)m  
<</ Le%  
f<~S0[H  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 *+'l|VaVq\  
 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 ;*EPAC+  
&8wluOs/5  
) bGzsb1\  
zd3%9rj$  
o5eFLJ6  
|#!P!p}  
7. Czerny-Turner 测量原理 QZ51}i  
`JL&x|q o  
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。 5hbQUF ,Q  
Enj],I  
(*2kM|  
i.`RQZ$,/  
[3QKBV1\  
8. 光栅衍射效率 +b]+5!  
Lcyj,R  
x GHS  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 m^)h/
s0A  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 &<sN(;%0R  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) x p#+{}  
?0
VLx,kp  
y$e'-v  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd SrVJ Q~:>  
'j+J?Y^  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ~\z\f}w  
&v^LxLt+s  
@9pk-BB^D  
#'-L`])7uw  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ?N|B,F  
F*_mHYa;  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 @"m? #  
(Js'(tBhiU  
7='M&Za  
v?\bvg\E  
 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)。  R9->.eE  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 gn? ~y`  
~pqp`  
应用示例详细内容 av1*i3  
ba3_55]  
仿真&结果 l#,WM
u&  
Y24:D7Q  
1. 结果：利用光线追迹分析 8yH) 8:w  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 TCSm#?[B  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 $zTj
h~ 9  
zX!zG<<K  
EV@xUq!x.  
:/9@p  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd nJYcC"f  
J}coWjw`q  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 @Zs}8YhC  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 kg$<^:uX  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， /._wXH  
:Q\b$=,:  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 33\{S$p  
,2)LH'Xx  
)#r]x1[Kn  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms <BQ4x.[  
gJ>?<F;  
3. 衍射效率的评估 JQ%`]=n(/  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 //W<\  
}@V(y
9K  
}`yIO"{8n  
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。 nVoPTr  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Z-b^{uP  
+"a .,-f!  
4. 结果：衍射级次的重叠 16o3ER  
 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。 #zXkg[J6d  
 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)。 POc< G^  
 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。 Gu&?Gn oc  
 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) Nl7"|()e  
 光栅方程： >U9*  
pHY~_^B4&  
7vV3"uns  
.8CR \-
  
JPgV7+{b[  
5. 结果：光谱分辨率 4)iSz>  
g^1M]1.f  
x9 <cT'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ~xu<xy@E  
"-vm=d~\  
6. 结果：分辨钠的双波段 8|?$KLz?F>  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 H.j(hc'  
   [,-MC7>]  
u Y/Q]NT  
y&A*/J4P  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 L!DP*XDp  
Y,B0=}  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run u%#bu^4"  
~d7!)c`z  
7. 总结 DVRE;+Jt  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 b3x!tuQn  
1. 仿真 X#-U  
以光线追迹对单色仪核校。 yuk64o2QE  
2. 研究 PV>-"2n  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ) ]U-7  
3. 应用 X<_(gg  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 bQb>S<PT  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 wCvtw[6  
扩展阅读 {Os$Uui37\  
1. 扩展阅读 $)mE"4FE  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 mTW0_!.  
BM1uZJ0  
 开始视频 Sq}hx  
- 光路图介绍 g%#" 5Kr  
- 参数运行介绍 J-ACV(z=q  
- 参数优化介绍 zhU)bb[A  
 其他测量系统示例： v$w!hYsQ  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) H6x~mZu_:T  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) q.t>:`  
I2qC,Nkk  
%.BbPR7?h  
QQ：2987619807 9n$GeRO  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习