[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) k`[ L  
4Qh\3UL~  
应用示例简述 l?F
-w;wHN  
>T: Yp<  
1.系统说明 &.~Xl:lq  
O%?noW  
 光源 $Pv;>fHu  
— 平面波(单色)用作参考光源 j{PuZ^v1  
— 钠灯(具有钠的双重特性) )xwWig.  
 组件 I[E/)R{\  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 /|v:$iH,C  
 探测器 YbjeM6#E  
— 功率 0kEzi  
— 视觉评估 lW}"6@0,  
 建模/设计
94Wf
]  
— 光线追迹：初始系统概览 vd+yU9  
— 几何场追迹+(GFT+)： eTVI.
B@p  
 窄带单色仪系统的仿真 rBG8.E36J  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ,I# X[^/  
|_7nvck  
2.系统说明 CtItzp  
9*wS}A&Jh  
rWk4)+Tk  
O :P%gz4  
3.系统参数 ;`ZGiax  
p<%76H A  
wbg_%h:  
^@V$'Bk  
PW a!7n#A  
4.建模/设计结果 P){F2&!P  
0{u31#0j
 
+o&&5&HR  
n$>E'oG2t  
总结 eyPh^c]?`8  
I[b@U<\  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 w s(9@  
1. 仿真 7kbeAJ+{  
以光线追迹对单色仪核校。 |/LCwq%  
2. 研究 6uW
zv~!*D  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 pMJK?- )  
3. 应用 d3 h^L  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 sA6Ku(9  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 <3]Qrjl ,b  
;Kb]v\C:  
应用示例详细内容 %\xwu(|kN  
系统参数 SVvR]T&_  
zD8q(]: A  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 )dFTH?Mpo  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 QC+oSb!!?  
|UbwPL_L  
r
+X%0@K  
Y>eypfK"  
2. 系统参数 6.fahg?E  
7=jeq|&kN  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 )2c[]d/a4  
[;5?=X,LD  
M[9]
t("  
Yjo$^q  
3. 说明：平面波(参考) gwFHp.mE  
h#p1wK;N  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ;dq AmBG{8  
 lZ^UAFF  
(C;oot
,  
u#tLY/KA  
4. 说明：双线钠灯光源 'IrwlS  
7.O1 ~-  
r{~K8!=oU]  
 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。 kzs}U'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)。 @C),-TM  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 _J}vPm  
VU>s{_|{  
8e_ITqV%  
a8fLj  
5. 说明：抛物反射镜 7 R1;'/;  
,O=@I  
|qra.\
 
 利用抛物面反射镜以避免球差。 M5OH-'  
 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。 m .2)P~a  
*GsrG*OM*D  
n*\AB=|X  
yQQ[_1$pq  
7S<Z&1(  
h[d|y_)f  
6. 说明：闪耀光栅 [MM11K  
_tE$a3`  
J[<3Je=>$  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 uQ9/7"S  
 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 u(KeS`  
dy u brIG  
rnxO2   
-0| '{  
tYt/m6h  
IXp P.d  
7. Czerny-Turner 测量原理 k|l"Rh<\~  
DBi3 j  
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。 fTM^:vkO  
hB:R8Y^?H  
x@bZ((w  
(JC -4X_  
whP>'9t.w  
8. 光栅衍射效率 {pUOu8`Z  
]zVe%Wa  
yS/ovd  
 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。 qv3L@"Ub  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 Yg%V  
 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) NXDV3MH=  
zx{\SU  
))6
3?_  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd hD58 s"L$  
C<A82u;t%@  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 nZQZ!Vfj  
D00rO4~6D%  
o <LA2q`T  
(JFa  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 +7+ VbsFG  
J.
":oD  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 FQi"OZHq  
+
u_mT$|T  
/S9Mu )1Y  
Z<y+D-/  
 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)。 =fBJQK2sk  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 >FHTBh& Y  
fx.FHhVu  
应用示例详细内容 Uy ;oJY  
oTOe(5N8a  
仿真&结果 `Pl=%DR  
>C_! }~  
1. 结果：利用光线追迹分析 =KT7ZSTV  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 oB3>0Pm*a.  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 .(;k]U
P  
k` (_~/#  
L0|Vc9  
a|?CC/Ra  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd #=t:xEz  
~2A<fL,-  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 WP^%[?S2  
 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)。 $.
kIB+K  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， S%&l(=0X  
:'GTCo$3  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 uK(+WA  
3{CGYd]_u  
Jc9SHCJ  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 7F?^gMi  
RW
A|%/L  
3. 衍射效率的评估 jy@}$g{  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 7-e)V{A`w  
6mdJ =b#  
5bmtUIj  
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。 |hp_X>Uv'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Ev0V\tl>0  
`!m+g0  
4. 结果：衍射级次的重叠 mq'q@@:c  
 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。 *
o"F.H{#N  
 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)。 i8HSYA  
 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。 'U}i<^,c  
 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) y''?yr  
 光栅方程： [zf9UUc~  
^@X =v`C  
nk-6W4  
Y]8l]l 1  
Gq-U}r
  
5. 结果：光谱分辨率 `q_7rrkO  
~sSB.g  
5W<BEcV\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run B0Z*YsbXL  
UQW;!8J#R(  
6. 结果：分辨钠的双波段 i-E&Y*\^9H  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 9@D,Z
Si  
   ?Cu#(  
vgE5(fJh  
fvNGGn!  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 -QS_bQG%  
&5d>jEaB}  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run
U?|s/
U  
J)g(Nw,O  
7. 总结 a+]=3o  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 yxA0#6so  
1. 仿真 NmtBn^t  
以光线追迹对单色仪核校。 :syR4A WM  
2. 研究 RNvtgZ}k{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。 ?# G_&  
3. 应用 |Z2_1( ku  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 t]vX9vv+D  
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。 [BV{=;iD  
扩展阅读 9@vY(k k  
1. 扩展阅读 ,9+@
\  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 0W=IuPDU  
i,RK0q?>  
 开始视频 89 (k<m  
- 光路图介绍 ]Uxx_1$,  
- 参数运行介绍 54}s:[O  
- 参数优化介绍 2EE#60  
 其他测量系统示例： .2Rh_ful  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) l_f"}l  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) <<;j=Yy({`  
vkR"A\:  
@69q// #B  
QQ：2987619807 m&
ZdtB|  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习