[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) =9GL;z:R+  
gd-4hR  
应用示例简述 CE:TQzg  
B0NK
av  
1.系统说明 T+zZOI  
$ckX H,l_  
 光源 "d>{hP  
— 平面波(单色)用作参考光源 8*I43Jtlf,  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 900#K   
 组件 F`3c uL[N  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 kN>%y&cK  
 探测器 h
gX@?WWR
 
— 功率 (X@JlAfB  
— 视觉评估 +.&#whEw(i  
 建模/设计 wP-
pFc  
— 光线追迹：初始系统概览 y.26:c(  
— 几何场追迹+(GFT+)： ~mx me6"v  
 窄带单色仪系统的仿真 DTk)Y-eQ  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Mb=vIk{Bf  
P Ig)h-w?  
2.系统说明 Pfu2=2Ra  
;(fDR8  
2Otd  
RyKsM.   
3.系统参数 (p'yya{(  
,5HQHo@  
b"t95qlL  
O E0w/{  
=0TnH<`  
4.建模/设计结果 *x2+sgSf_0  
t/LQ|/xo  
%+YLe-\?  
mBSa*s)  
总结 -gefdx6ES  
N|Xx#/  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Uc%(#I]Mi  
1. 仿真 Lz's!b  
以光线追迹对单色仪核校。 \:-#,( .V  
2. 研究 l7]:b8  
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。 :jB~rhZ~  
3. 应用 ?*|AcMw5
 
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 xQ9P'ru  
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。 aa2&yc29hp  
7T9m@  
应用示例详细内容 orYE&  
系统参数 1r;]==  
G?CaCleG  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 z %{Z  
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。 'd4I/  
bhDV U(%I6  
|1wfLJ4--l  
L|.q19b*  
2. 系统参数 A(G%9'T  
b<>GF-`w  
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。 mI
gc)"  
gR}>q4b  
U>?q|(u  
g*?)o!_*  
3. 说明：平面波(参考) :so2 {.t-  
)Kkw$aQI"d  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 (? j $n?p  
g"aWt% P  
<qjNX-|  
=&G<^7  
4. 说明：双线钠灯光源 L[o;@+32  
I[,tf!  
\^a(B{   
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 l]t9*a]a  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 5SPhdpIg@[  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 CZ*#FY  
,(&jG^IpVJ  
4j^-n_T  
[mwJ*GJ-  
5. 说明：抛物反射镜 mO
gsO  
w/_n$hX  
`
2N&{(  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 kHLpa/A  
 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。 =OY&;d!C  
zY_xJ"/9  
ev~/Hf  
aK>5r^7S  
ETU.v*HT]  
x?s5vxAKf  
6. 说明：闪耀光栅 n[DQ5l
  
{6H%4n  
GZJIIP#  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 -+MGs]),  
 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 rHe*/nN%*  
%B9iby8)1  
:sO^b*e /  
Z{-x}${  
~DY5`jV  
|]=. ^  
7. Czerny-Turner 测量原理 a(Q4*XH4  
&XG k  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 { a2Y7\C/  
WOqAVd\  
55lL aus  
:(IPrQ  
)gM3,gSS  
8. 光栅衍射效率 r=57,P(:Ca  
fpMnA  
m ,B,dqT  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 Mou@G3  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 Q I!c=:u  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) -^A
=U7  
<(|No3jx  
/rMxl(wD'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 8R!3}kx  
P "S=RX#+  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 9{OH%bF  
s=)0y$  
+a'QHtg  
$lJu2omi1  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 E>_?9~8Mf  
/cmnX'z  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 NpmPm1Ix .  
- 0t  
fwR3=:5~  
Y>OL2g  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 bXN-q!  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 g4n&k  
T9 @^@l$  
应用示例详细内容 iz|mJUx  
iEDZ\\,  
仿真&结果 ]U :1NC"  
>{DHW1kF?  
1. 结果：利用光线追迹分析 3F%Qq7v  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Effp^7 3  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 hl
4@Y#n  
, N:'Z  
%9_wDfw~  
>.R6\>N%  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 4SG22$7W  
o
?G^=0T  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 dhW;|  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 ] o!#]]  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， wu*WA;FnA  
IBwquw+  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 5io7!%  
0Sz&Oguv  
eO,  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms gbc^Lb  
?FRR";  
3. 衍射效率的评估 ;qI5GQ {  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 &}Y_EHj}  
h;vD"!gP  
Xco$ yF%  
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。 CK e  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd nsyg>=j  
MDkIaz\U  
4. 结果：衍射级次的重叠 .js4
)$W^  
 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。 V07x+ovq  
 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)。 >/"XX,3  
 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。 b("JgE`  
 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) lwH&4K  
 光栅方程： =#XsY,r  
>J=x";,D|~  
#( nheL  
BfOG e!Si  
H+zn:j@~L  
5. 结果：光谱分辨率 f{e*R#+&  
Q}jbk9gM5  

^F*)Jq  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run }\u~He%  
@"9y\1u  
6. 结果：分辨钠的双波段 gb:Cc,F,%  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 K. G#[  
   /3%]Ggwe  
\3q{E",\>@  
4x'^?0H@  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 mxHNK4/  
v>3ctP{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run I#l9  
e:[Kp6J  
7. 总结 qn@Qd9Sf  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 +2oZB]GPL  
1. 仿真 ,WOF)
  
以光线追迹对单色仪核校。 )I+1 b !U  
2. 研究 ^OG^% x"  
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。 Y tG
H>0}h  
3. 应用 oW]&]*>J  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 jn\\,n"6  
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。 zJ9ZqC]  
扩展阅读 !W$3p'8Tu  
1. 扩展阅读 }VR&*UJE  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 "4"\tM(  
Z-4A`@p  
 开始视频 QBto$!})  
- 光路图介绍 D.Cm&  
- 参数运行介绍 ECkfFE`  
- 参数优化介绍 ~73"AWlp  
 其他测量系统示例： jo<sN  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 2|}p&~G(  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Q\=u2}/z0  
d;#9xD'  
^Hq}9OyS9  
QQ：2987619807 n+GCL+Mo  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习