[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) [p\xk{7Y  
jHMP"(]  
应用示例简述 AU*]D@H  
dyqk[$(  
1.系统说明 &WCVdZK:  
B'Nvl#  
 光源 ^`-Hg=d  
— 平面波(单色)用作参考光源 _2k<MiqCD[  
— 钠灯(具有钠的双重特性) }+ W5Snx  
 组件 >yyu:dk-;  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 .&=\ *cZc  
 探测器 c5CxR#O  
— 功率 <qMX,h2  
— 视觉评估 cL
p9|y0r  
 建模/设计 i(u zb<  
— 光线追迹：初始系统概览 @8YuMD;  
— 几何场追迹+(GFT+)： fk#Ggp<  
 窄带单色仪系统的仿真 11$v~<M  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 xZAg  
a$"Z\F:x  
2.系统说明 PVKq&Q?  
!/F-EJOH6C  
$ z+ =lF  
G4F~V't  
3.系统参数 r|jBKq~  
;r;>4+zn\  
Cn9MboXX  
RXPl~]k#i  
rI:]''PR  
4.建模/设计结果 ']Km%uwL  
yC}x6xG  
XF4NRs  
7")&njQ/x  
总结 i;)r|L`V?  
Qe<c@i"  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 oRn5blj  
1. 仿真 5OFb9YX  
以光线追迹对单色仪核校。 Z${@;lgP  
2. 研究 .|ZnU]~T  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ,"5p=JX`  
3. 应用 Z}O0DfT;  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Io;26F""  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Z=?qf$.}  
!hPe*pPVV)  
应用示例详细内容 qmpU{fs  
系统参数 a'@?c_y;$  
7"_gX  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 A`1/g{Ha  
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。 DB1
Y`l  
HLt;1:b  
hWu#}iN  
Z Q9's  
2. 系统参数 #`Et{6WS  
|z%*}DPrpa  
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。 *r3u=oWb  
w*N9p8hb]  
u`X}AKC  
W/R-~C e  
3. 说明：平面波(参考) yIThzyS  
`!T
6#6h  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 +hvVoBCM*  
}%-`CJ,  
d3C*]|gQ  
[+y
/qx79  
4. 说明：双线钠灯光源 u"n~9!G  
3?(||h{  
D&)gcO`\  
 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。 Ol@ YSkd  
 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)。 ]+S.#x`#
 
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 hE/
y"SP3  
I1(,J  
ZjJEjw  
`qsn;  
5. 说明：抛物反射镜 2?7a\s  
ex2*oqAdX  
T%F8=kb-9  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 Hv>Hz*s_I  
 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。 Om2 )$(  
S
TB=#z  
#/1,Cv yj  
hpym!G  
SIRZ_lt$r  
e~weYGK  
6. 说明：闪耀光栅 $NWI_F4  
VL<)d-  
^\\cGJ&8c  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 A|@d4+  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 FyQ^@@  
.,x08M  
nyPA
`)5F0  
NLF{W|X  
*$_<| g)9  
Kc\0-3 Z  
7. Czerny-Turner 测量原理 EY!aiH6P  
GL1!Z3  
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。 ?z60b=f8  
4 ITSDx  
#tBbvs+%  
NzRL(A6V  
p2
y h  
8. 光栅衍射效率
H1=R(+-s  
(85F1"Jp  

Rm *"SG  
 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。 +;z4.C{gM  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 /gHRJ$2|Sx  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) Oy[t}*Ik  
+3t(kQ  
./ib{ @A.  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd f5/ba9nI  
Vo(d)"m?  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 K)0 6][,  
fi#o>tVyJ  
T.W/S0#j3  
L1"X`Pz[}  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 D9c8#k9Y.  
;nv4lxm  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 <<&:BK  
#!y|cP~;I  
M* QqiE  
Khw!+!(H  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 Ctt{j'-[  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 P/Sv^d5=e  
G m<t2Csn  
应用示例详细内容 #\4uu  
4y21v|(9  
仿真&结果 ]Wv\$JXI  
FQ(=Fnqn  
1. 结果：利用光线追迹分析 Nc]oAY  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 } "y{d@  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 s bW`  
iQin|$F_O  
)Hlr 09t=]  
0
R*  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd t_@%4Wn!1L  
`t ZvIy*  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ycCEXu2F  
 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)。 zc,fJM  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， <r3F*S=  
}[l`R{d5q>  
 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。 t]"3vE>  
lgA9p 4-  
2fI?P  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Z:9"7^+  
KH2a 2  
3. 衍射效率的评估 ?exV:OKLb  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ]eP&r?B  
S4`uNB#Ht  
LfrS:g  
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。 $N5}N\C:a  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd M.!U;U<?  
 +<AX 0(  
4. 结果：衍射级次的重叠 jcOxtDTSW  
 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。 eSywWSdf0  
 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)。 CQzJ_aSJ(  
 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。
hMeE@Q0  
 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) Kv!CL9^LX7  
 光栅方程： +lU:I  
%,-vmqr  
],&WA?>G  
D`r:`  
8TC%]SvYim  
5. 结果：光谱分辨率 Uq0RJ<n  
.v0.wG  
g5X+iV  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run m_Z%[@L  
3(}HD*{E[@  
6. 结果：分辨钠的双波段 gn#4az3@e>  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 {&"rv<p  
   LYkW2h`JQ  
(?I8/KYR  
:kflq  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 {Qg"1+hhM  
&T}~h^/t  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 7oh6G  
"f(iQI  
7. 总结 \qi=Us|=  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 >j_,3{eJ  
1. 仿真 *ukugg.  
以光线追迹对单色仪核校。 6}n>Nb;L"  
2. 研究 +KrV!Taf  
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。 AAxY{Z-4  
3. 应用 P[?~KNS:/  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 s==gjA e:  
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。 DU4NPys]y  
扩展阅读 Elh: %dr Q  
1. 扩展阅读 {SbA(a?B  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 {1>V~e8t  
\ :1MM  
 开始视频 N3TkRJZ  
- 光路图介绍 8BhLO.(<O  
- 参数运行介绍 Pj8s;#~u  
- 参数优化介绍 C5\bnk{  
 其他测量系统示例： '|G_C%,B  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) RN]4Is:  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 959&I0=g"  
mfIY7DP  
$e_A( |  
QQ：2987619807 ="P3TP  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习