[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) FaY_0G;y  
2JZdw  
应用示例简述 I8u!\F  
d)tiO2W  
1.系统说明 s?c JV`  
OPuj|%Wgw  
 光源 ^H3m\!h  
— 平面波(单色)用作参考光源 `\N]wlB2/b  
— 钠灯(具有钠的双重特性) mj2Pk,,SA  
 组件 514Z<omrK  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 @h}`DNaZ^  
 探测器 <6jFKA<  
— 功率 XA{F:%  
— 视觉评估 Od{jt7<j#  
 建模/设计 O~PChUU*Y  
— 光线追迹：初始系统概览 fx)KNm8Lx  
— 几何场追迹+(GFT+)： =7 w>wW-  
 窄带单色仪系统的仿真 R0wf#%97  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Svw<XJ   
S!hXf|*0[  
2.系统说明 VEs5;]#<2D  
rF] +,4  
aSL6zye ,  
%;|
0  
3.系统参数 W~ruN4q.  
YQd:M%$  
fu4!t31  
z%sy$^v@vD  
|m;L?)
F<  
4.建模/设计结果 }y6q\#G  
y=Q!-~5|fF  
ashar&'  
66\jV6eH7L  
总结 +,5-qm)Gh>  
=a$Oecg?  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 |PP.<ce\-  
1. 仿真 0.Vi97`  
以光线追迹对单色仪核校。 5iM[sg[y9  
2. 研究 V.=lGhi  
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。 #;Tz[0  
3. 应用 6F|j(LB  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 tFM$#JN  
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。 h<x4YB5Mj  
~h)&&'a  
应用示例详细内容 (9C<K<  
系统参数 mLyBm  
8P2 J2IU  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 [6tSYUZs  
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。 $yu?.b 9H#  
L0NA*C   
,6,]#R :J  
:50b8  
2. 系统参数 yI3kvh  
GF$`BGW  
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。 +TJEG?o  
:/N+;- 18  
:iUF7P1I  
6b=q-0yj  
3. 说明：平面波(参考) ~Z)/RT/  
szmmu*F,U:  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 5@!st  
OW@\./nM  
w_wslN,)  
'LSz f/w  
4. 说明：双线钠灯光源 ,"2TArC'z  
*d*,Hqn  
*>[3I}mM  
 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。 Jn&7C  
 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)。 #,NvO!j<4  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 bPbb\|u0d  
+.yT/y"  
=O$M_1lp  
q_[G1&MC  
5. 说明：抛物反射镜 \jU|(DE  
kHK0(bYK  
G}nO@  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 cr;`Tl~}s  
 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。 ^Q}eatEn  
4JyM7ePND}  
s^8u&y)3  
R[B?C;+(O  
OFU/gaO~  
[<c&|tfl  
6. 说明：闪耀光栅 +0l`5."d  
!wz/cM;  
K`-!uZW:B7  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ~@W*r5/  
 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 aHzHvl  
/RnTQ4   
!ZXUPH  
o4y']JSN  
A!i q->+  
1GCzy
BSbb  
7. Czerny-Turner 测量原理 /0MDISQy9  
2}U!:bn(  
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。 &HZmQ>!R D  
"tk-w{>  
%/%UX{8R  
l@Z6do  
Q>< 0[EPj3  
8. 光栅衍射效率 *Mc7f?H  

rVnd0K  
8hanzwoJ:  
 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。 {-/^QX]6  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 Dh4 6o|P  
 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) 2/ rt@{V(  
yY).mxRN  
_l`e#XbG  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd OX]V)QHVZ  
>o,^b\  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 R"v 3!P  
o`S?  
R\3VB NX.g  
*jq7X  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 "UFs~S|e  
Io`P,l:  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ZD/jX_!t  
-_OS%ARa  
4bVO9aUG{  
`mfq 2bVc  
 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)。 iSLGwTdLn  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ] ]U<UJ  
`O?T.p)  
应用示例详细内容 ym,H@~  
75T_Dx(H  
仿真&结果 E_z;s3AXQ  
:'L2J  
1. 结果：利用光线追迹分析 zdl%iop3
e  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 q<W=#Sx  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 2|iV,uJ&  
{]*x*aa\  
g6t"mkMY L  
inb^$v  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd  +ECDD'^!  
Ox!U8g8c  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 %VJ85^B3  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 [&[^G25  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 85:NFa@J  
gU^$Sx7'  
 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。 IzOYduJ.  
j1
q[2'  
Gl %3XdU  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms '7Nr8D4L  
5wao1sd#  
3. 衍射效率的评估 B5V_e!*5F*  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 d6{Gt"  
O`GsS{$sS  
_mvxsG  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 n6d9\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ,C.:;Ime({  
@oF$LMD  
4. 结果：衍射级次的重叠 \6?A!w~6  
 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。 ]?1Y e8>Y<  
 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)。 o;a:Dd  
 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。 cq&*.  
 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) c}*2$1  
 光栅方程： sbkQ71T:  
enNiI$H]`_  
1be %G [*  
v0Dq@Q1  
r"2V  
5. 结果：光谱分辨率 AsS$C&^  
-4w=s|#.\  
ne61}F"E  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run EpS(o>'  
p^nL&yIW,%  
6. 结果：分辨钠的双波段 iqQUtE]E_  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 aV o;~h~  
   l.\r
e"Q  
)D'^3)FF  
UX3BeUi.)  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 .x`M<L#M(  
l+V,DCE  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run [ xOzzp4  
8(.mt/MR
 
7. 总结 oRKEJNps  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ML-)I&>tT  
1. 仿真 CycUeT  
以光线追迹对单色仪核校。
@D-AO_  
2. 研究 scuHmY0  
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。 Iz6y{E  
3. 应用 Qu=LnGo~P  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 QIN."&qC^  
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。 ,:~0F^z  
扩展阅读 9!9Z~/*m  
1. 扩展阅读 g-`~eG28D5  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 svelYe#9z  
}pk#!
N  
 开始视频 bWl5(S` Z  
- 光路图介绍 l$K,#P<)  
- 参数运行介绍 I/VxZ8
T  
- 参数优化介绍 -yGDh+-  
 其他测量系统示例： R1F5-#?'E  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Am8x74?  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) aK,z}l(N  
`c/*H29  
6.5T/D*TT  
QQ：2987619807 dC
=)^(  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习