[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) fbbk;Rq.'3  

oQrkd:  
应用示例简述 #j_<iy  
/Z:\=0`  
1.系统说明 c3\z  
UMg*Yv%  
 光源 {r9fKA  
— 平面波(单色)用作参考光源 ^ fo2sN"   
— 钠灯(具有钠的双重特性) GEg8\  
 组件 Kn]c4h}@b5  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 p^G:h6|+|  
 探测器 kf3yJ
P/  
— 功率 p,y(Fc~]g'  
— 视觉评估 9zj^\-FA_l  
 建模/设计 bDLPA27  
— 光线追迹：初始系统概览 t83n`LC  
— 几何场追迹+(GFT+)： 0Ywqv)gg  
 窄带单色仪系统的仿真 4v+4qyMyE  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 e1e2W
k  
x(e=@/qp  
2.系统说明 R@=Bk(h  
*$ZLu jy7  
L< MIl[z7  
qTA
@0fL  
3.系统参数 qg;[~JZYKi  
#ii,GN~N  
qb+vptg
@I  
zt1Pu /e  
1*_wJ  
4.建模/设计结果 0K-jF5i$`  
`>@n6>f  
\R>!HY  
w5I +5/I  
总结 wo;`D  
QI@
!QU$K&  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 UR~9*`Z ,  
1. 仿真 Sm2 |I6  
以光线追迹对单色仪核校。 Qh)QdW4  
2. 研究 K0xZZ`  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 l\W[WQPh  
3. 应用 lNSB "S  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 hJ0)"OA5  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 kcd~`+C  
tA+ c  
应用示例详细内容 v)(tB7&`=  
系统参数 IrU}%ZVV  
hSmu"a,S  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 L0{ehpvM  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 ~ #Gu:  
:^mfTj$  
*)c,~R^  
wL]7d3t  
2. 系统参数 Gc) Zu`67  
.!kqIx*3  
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。 i[b?W$]7  
uy~KJn?Tu  
}hOExTz  
T,h,)|:I^  
3. 说明：平面波(参考) > m GO08X  
?@ ei_<A{  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 *pN,@ZV$  
i)V-q9\  
EQ&E C  
v_*E:E  
4. 说明：双线钠灯光源 C'ZF#Z  
DiF=<} >x  
S8+Xk= x  
 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。 %=J<WA6\  
 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)。 W! FmC$Kc  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 9k_3=KS3N  
/IM5#M5~  
1!. CfQi  
~y{(&7sM  
5. 说明：抛物反射镜 'z\K0  
KOWxP47b  
)B@veso{  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 /ey[cm2#[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。 6N >ksqo8%  
\[&~.B  

|y@TI  
S2)rkX
$  
\M/XM6:UG4  
SGMLs'D   
6. 说明：闪耀光栅 zO`54^  
UA3
%I8gu_  
@p jah(i`  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Ml8'=KN_  
 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 H".~@,-}  
eRllF`*  
>S5:zz\  
z;UkK  
F9]j{'#  
Fs7/3  
7. Czerny-Turner 测量原理
Gnmj-'x  
x
Kz^J SF  
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。 V ^=o@I  
9PEjV$0E2  
fRJSo%  
{{M?+]p,^  
H@er"boi  
8. 光栅衍射效率 a  1bu  
[vpZ3
;  
&;7\/m*W1  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 d|5u<f5  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 |r5|IA  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) bU1UNm`{C  
67 >*AL  
;<%~g8:XL  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd M")v ph^  
2a2C z'G  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 E]6C1C&K  
*nDyB.(  
HS| &["  
yB(^t`)}N  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 >:5/V0;,  
_I+#K M  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 sj003jeko  
%VsuGA  
[|V<e+>T/  
@Y*ONnl  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 98bmia&H  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 yef@V2Z+  
d$g-u8  
应用示例详细内容 a9}cpfG=)  
? e%Pvy<i  
仿真&结果 g+p?J.+  
u*Eb4  
1. 结果：利用光线追迹分析 k2N[B(&4J  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 E>
xdJ  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 h9LA&!  
3t[2Bd  
ge?1ez2  
QNzI  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ~j",ePl  
%0@Jm)K^  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 sCSrwsbhv  
 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)。 jR\&2;T  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， F))+a&O  
!HM{imT  
 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。 Q/
r9r*>z  
D#508{)  
YmFJlMK  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ~c,HE] B  
8a|p`)lT  
3. 衍射效率的评估 #A@*k}/+  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 Hn0,LH$/  
xl@l<  
X*1vIs;[@  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 )U e9:e  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd B@G'6 ?  
5Y)*-JY1g  
4. 结果：衍射级次的重叠 K+TRt"W8&s  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 6<.Ma7)lA  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 4StiY
fae  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 ,95Nj h  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) _/MHi-]/.  
 光栅方程： 0sto9n3  
X0+$pJ60  
i]a0 "  
?@6N EfQf  
5X4; (Qj  
5. 结果：光谱分辨率 |"?0H#  
+rfw)c'  
_dVzvk`_R  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ir-srVoXy  
W'eF | hu  
6. 结果：分辨钠的双波段 b;`gxXeL  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 r ,D T>  
   03L+[F&"?  
LJ`*&J  
$(K[W}  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 SwpS6  
i[sHPEml(5  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run d4t%/Uh  
@~hiL(IR'  
7. 总结 C:xgM'~+  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 xDG8C39qrs  
1. 仿真 (4o_\&  
以光线追迹对单色仪核校。 t J N;WK.6  
2. 研究 |jH- bm  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 sxinA8  
3. 应用 zs:OHEZw  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 *,q ?mO  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 O{SP4|0JV  
扩展阅读 .(^KA{  
1. 扩展阅读 1p=^I'#  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 UUJbF$@;  
S\b[Bq  
 开始视频 fmrd7*MW  
- 光路图介绍 9`VgD<?v  
- 参数运行介绍 0+%{1JkJq  
- 参数优化介绍 {z>fe }  
 其他测量系统示例： XFKe6:  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) _[u&
}i  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) u:JD  
35;|r  
N^z4I,GV(  
QQ：2987619807 }5 ^2g!M  

楼上你有图中的仿真文件么

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