[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) %.U{):lNx  
5/ju i
t  
应用示例简述 ,RO(k4  
ljON_*  
1.系统说明 v|2j~  
,O!aRvzap  
 光源 0M98y!A 5^  
— 平面波(单色)用作参考光源 loe>"_`Cq  
— 钠灯(具有钠的双重特性) tY=TY{RY  
 组件 2f4c;YS  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅  RZ%X1$  
 探测器 0z#kV}wE  
— 功率 Af<>O$$6  
— 视觉评估 7#3)&"j  
 建模/设计 :n9^:srGZH  
— 光线追迹：初始系统概览 ~Xw?
>&  
— 几何场追迹+(GFT+)： Uroj%xN  
 窄带单色仪系统的仿真 #wiP{+%b  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 #Q7$I.O]  
sdD[`#  
2.系统说明 ,+9r/}K]/  
RY<b]|  
D.`\ ^a  
j56 An6g  
3.系统参数 3>Snd9Q  
@~3c;9LkY  
I!D*(>  
n#cN[C9  
}}1Q<puM  
4.建模/设计结果 qKC*jDW  
mO.U)tL[  
_6 `4_<c=  
jRAL(r|  
总结 *xP:7K  
2,0F8=L  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ,+.# eg  
1. 仿真 eUlb6{!y?  
以光线追迹对单色仪核校。 jF9CTL<  
2. 研究 Beg5[4@  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 n`xh/vGm#  
3. 应用 {E|gV9
g  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 pN_!&#|+$  
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。 >oDP(]YGg  
k^jCB>b  
应用示例详细内容 'bPo 5V
|  
系统参数 k)Wz b  
^j}sS!p  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 d 4R+gIA  
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。 G|_aU8b|t  
B$EP'5@b  
|0p'p$%  
_xt(II   
2. 系统参数 x$DJ  
Uiw7Y\Im|  
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。 *`T&Dlt'8  
!@k@7~i  
YU(*kC8   
\l5:A]J  
3. 说明：平面波(参考) ifZNl,  

?Nql7F4  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 3>v0W@C  
\}NWR{=  
Y3>\;W*?  
Un{ln*AR\  
4. 说明：双线钠灯光源 0u2uYiE-l  
QPE.b-S  
tC-KW~&  
 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。 uf]$@6)  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 ;tiUOixJ  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ^?[<!VBI  
mkzk$_  
x~tQYK   
L-{r*ccIW  
5. 说明：抛物反射镜 RNtA4rC>#  
+Q0-jS#d  
{][7Np!y  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 'PYqp&gJ  
 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。 N\p]+[6  
Wb
4{*~  
n ]}2O4j  
/+O8A}  
wJ*
-K-  
UyKG$6F?3  
6. 说明：闪耀光栅 HWOs@!cL  
uA`PZ|  
6
<S&~q  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 %v:h]TA  
 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 s/H"Ab  
}px]  
chzR4"WZFt  
Vp"Ug,1  
Go7hDmu  
+J8/,d  
7. Czerny-Turner 测量原理 v1g5(  
f<p4Pkv  
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。 ~9
YA!48  
8Flf,"a  
?QT"sj64w  
]pTw]SK  
~
(OIo7#;  
8. 光栅衍射效率 ]Ja8i%LjOG  
fYM6wYJ  
810<1NP  
 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。 Ilu`b|%D  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 f<altz_\q  
 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) v|2q2bz  
-7z y  
U]U)'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd TM}'XZ&  
gLMea:  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 fB,1s}3Hn  
yx w27~  
$"{3yLg  
B~g05`s  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 |QNLO#$ -  
\"`>-v"h
 
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 'EET3RK-S  
KSB_%OI1  
4S0++Hp
4  
rspoSPnY1  
 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)。 3_*Xk. .d  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 &Yf#O*  
\i;&@Kp.N  
应用示例详细内容 &}6ES{Nr8  
VFmg"^k5  
仿真&结果 0ij~
e<  
/\a]S:V-j  
1. 结果：利用光线追迹分析 Xm=^\K3  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 nB@iQxcz  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 j YIV^o 0  
m{$tO;c/Q  
mn; 7o~4  
!Xx<~lIC  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd bqQO E4;  
>6l;/J  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 3ES[ N.V#  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 KjwY'aYwr:  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， S|q!? /jqj  
&e]]F#  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 2~&hstd%  
9oz(=R  
m,gy9$  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 60aKT:KLC_  
&I}T<v{f  
3. 衍射效率的评估 >4|c7z4  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 =yTa,PY  
X=p3KzzX  
XHZ: mLf  
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。 a?,[w'7FU  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd yXTK(<'  
S\3AW,c]w  
4. 结果：衍射级次的重叠 i2FD1*=/?  
 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。 ;]&~D +XH  
 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)。 y  KYP  
 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。 txml*/zL  
 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) Y1fy2\<'  
 光栅方程： JIP+ !2  
j FPU zB"  
x!C8?K=|  
2B9i R  
RrO0uadmn  
5. 结果：光谱分辨率 +=6RmId+X  
LmX
F`Y$  
s^g.42?u  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run &}nBenYp  
(aJP: ^  
6. 结果：分辨钠的双波段 rQcRjh+E H  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 97(Xu=tX  
   dSe8vA!)  
\]T=j#.S$  
*gd?>P7\0  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 crJ7pe9  
#*Yi4Cn<  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run U/X|i /  
M[YTk=IM#  
7. 总结 JO2ZS6k[  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 =f4[=C$&`  
1. 仿真 't|Un G  
以光线追迹对单色仪核校。 cBLR#Yu;O5  
2. 研究 ceFsGdS  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 [lNqT1%]  
3. 应用 ^)f{q)to  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ~!]&>n;=G  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 _{LN{iqDv  
扩展阅读 %@}o'=[  
1. 扩展阅读 KE/-VjZu  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ~A`&/U  
9Fy\t{ks  
 开始视频 nT.L}1@  
- 光路图介绍 W.,% 0cZ  
- 参数运行介绍 1B)Y;hg6&  
- 参数优化介绍 eyeNrk*2o  
 其他测量系统示例： q&X
CX$N  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) tZaD${
 
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) -{X<*P4p  
kmm  
 4%g6_KB  
QQ：2987619807 0U8
2f1ei  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习