[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) LE|<O  
fz8h]PZ  
应用示例简述 %/%gMRXG2  
<Wf0QO,  
1.系统说明 b[0S=e G  
%`oHemSy  
 光源 9A<0zt  
— 平面波(单色)用作参考光源 C9pnU,[  
— 钠灯(具有钠的双重特性) |hD~6a  
 组件 @T/qd>T o  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 HTN$ >QTI  
 探测器 tj0Qr-/  
— 功率 P'F~\**5  
— 视觉评估 "ZqEP R)  
 建模/设计 B{99gwMe]  
— 光线追迹：初始系统概览 yU!GS-
  
— 几何场追迹+(GFT+)： dq2@6xd  
 窄带单色仪系统的仿真 XLocg  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 _<2
RYXBC  
"5(W[$f*]v  
2.系统说明 p2^)2v  
g@(4ujOT  
Y2D>tpqNw  
!U[:5@s06  
3.系统参数 &L'6KEahR  
_[%n ~6  
UeNF^6sWu0  
\H[Yyp4  
(QKsB3X  
4.建模/设计结果 a_AJ)4  
Onyh1  
fOLnK y#  
/D8EI  
总结 u9,=po=+7f  
G}q<{<+$  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 FXxN>\76.  
1. 仿真 2;h+;G  
以光线追迹对单色仪核校。 I<KCt2:X  
2. 研究 hWm0$v1p  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 tStJ2-5*t  
3. 应用 /wlFD,+8  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 3jS7 uU  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ^} tuP  
)Z&HuEg{ZR  
应用示例详细内容 +dJ&tuL:S  
系统参数 Z]7tjRvq)  
oHk27U G  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 d&?F#$>7|  
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。 qNy-o\;XN  
=~ '^;D  
;)P5#S!n-  
$q^O%(  
2. 系统参数 ~Z7)x7 z  
}]`}Ja  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 ePi 
Z  
B9AbKK$`  
$8=(I2&TW  
n}f3Vrl  
3. 说明：平面波(参考) l-XnB   
wzg i @i  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 <347 C{q  
]M uF
9={  
;tm3B2  
~RAzFLt6x  
4. 说明：双线钠灯光源 "7:u0p!  
mcCB7<. e  
u6f4yQ  
 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。 waBRQh  
 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)。 4I z.fAw  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 y>
4p~  
sFCf\y  
p?}&)Un  
)Gmb?!/^  
5. 说明：抛物反射镜 X"wFQa  
a!&bc8J7  
80dSQ"y  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 z"9aAytd  
 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。 =%xIjxYl  
nM=2"`@
$  
LMt0'Ml9  
5VuCU  
3Sk5I%  
ybC-f'0  
6. 说明：闪耀光栅 BF>T*Z-Ki  
av"Dljc  
L(W%~UGN V  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 YcPKM@xo  
 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 uwmoM>I W^  
t$tsWAmiA[  
xAeZ7.Q&  
SlR7h$r'  
|C^ c0  
u}^a^B$  
7. Czerny-Turner 测量原理 u<$S>  
A{G5Plrh  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 lp?i_p/z  
4 `j,&=  
Z3OZPxm  
E {I)LdAqK  
?f(pQy@V  
8. 光栅衍射效率 IvY,9D  
#($k 3OA  
>hHJ:5y  
 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。 U+(
Z#b(Q  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 wgC??Be;ut  
 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) '#;,oX~5  
'm  
MA~|y_V  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Pn~pej5'K  
AN|jFSQ'  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 R>Z,TQU  
ORUWslMt  
6-)7:9y  
6 ,7/8  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 yg]suU<z]  
 Oz"@yL}  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 v!WU |=u  
oG|?F4l*  
_lP4ez Y  
]2hF!{wc  
 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)。 0IoXDx  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 K,`).YK  
R[mH35D/  
应用示例详细内容 7j9D;_(.^$  
=NVZ$KOZ  
仿真&结果 C:|q'"F  
WZ-4^WM=!  
1. 结果：利用光线追迹分析 L8,H9T#e  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ;oN{I@}k  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 wgSR*d>y*9  
|G`4"``]k  
9,Crmbw8  

u|_ITwk  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd MEdIw#P.}{  
M"$jpBN*  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 7Va#{Y;Zy  
 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)。 [[Jv)?jm  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， (%ri#r  
ECmHy@(  
 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。 i_oro"%yL  
qaCi)f!Dl  
DK#65H'  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ZNL;8sI?>  
0-;DN:>  
3. 衍射效率的评估 O+{pF.P#V  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ]yj4~_&O  
}`+^|1  
&vJ(P!2f<  
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。 [9YlLL@  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Q KcF1?  
3isXgp8  
4. 结果：衍射级次的重叠 eMpEFY  
 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。 xVh\GU855  
 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)。 ]ut-wqb{p  
 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。 zd6Qw-D7x  
 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) 1?e>x91  
 光栅方程： c'TiWZP~  
%%-U.   
M<M#<kD  
{"gyXDE1  
O3<Y_I^  
5. 结果：光谱分辨率 61s2bt#  
'5OVs:)"^  
m_r@t*  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run r[UyI3(i^  
(to/9OrG  
6. 结果：分辨钠的双波段 Z CQt1;  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 0T{c:m~QXe  
   <
g/(wSl  
&
"r==A?  
,XBV}y  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 QBPvGnb  
0Z1H6qn  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run q.,p6D  
|Ad6~E+aL-  
7. 总结 6b+ WlIb  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 0]2B-o"kI  
1. 仿真 t7*H8  
以光线追迹对单色仪核校。 G\,A> mT/P  
2. 研究 xP5mL3j  
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,SqpcG  
3. 应用  u_[4n  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 :)+@qxTy  
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。 :UJUh/U  
扩展阅读 dPyBY]`  
1. 扩展阅读 4MF}FS2)  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 oX:1 qJ
rC  
Z,8+@  
 开始视频 VATXsD  
- 光路图介绍 tE9_dR^K  
- 参数运行介绍 HA3SQ  
- 参数优化介绍
8NF;k5   
 其他测量系统示例： 'j,Li(@}  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) (-Ct!aW|  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) EkB6- nz  
i6g[E4nk  
EfrkB"  
QQ：2987619807 )zL"r8si  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习