[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) ^ur?da9z'  
Hy}oSy26  
应用示例简述 n?'I&0>M  
}}L :6^  
1.系统说明 ?Co)7}N  
IJ >qs8  
 光源 ^ z!g3  
— 平面波(单色)用作参考光源 3VNYDY`>  
— 钠灯(具有钠的双重特性) x{y}pH"H  
 组件 .)J7 \z8m  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 03Czx`  
 探测器 x-J.*X/aB  
— 功率 fg"]4&`j-  
— 视觉评估 mAO$gHQ  
 建模/设计 KU:RS+,e;  
— 光线追迹：初始系统概览 ((OQs.  
— 几何场追迹+(GFT+)： ZYf0FC=-  
 窄带单色仪系统的仿真 zpi Q;P  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 eQK}J]S<  
= cQK^$6(  
2.系统说明 K[{hh;7
 
%%d3M->C}  
8x":7 yV&  
lRb|GS.h/  
3.系统参数 :
De@_m  
ob=](  
J)7m::%I  
]k0Pe;<  
I'W`XN  
4.建模/设计结果 ?fv5KdD  
3(?V!y{@  
+r8:t5:/I  
Y 1v9sMN,  
总结 `X;'*E]e  
#GoZH?MAF  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 p~LTu<*S  
1. 仿真 NA@<v{z  
以光线追迹对单色仪核校。  S(*u_  
2. 研究 (tG8HwV-  
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。 }J_"/bB  
3. 应用 04o>POR  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ]Q8[,HTG  
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。 "INIP?  
S=f:-?N|  
应用示例详细内容 r>o#h+'AV  
系统参数 /sU~cn^D5  
ML:Zm~A1U  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 N+0[p@0  
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。 <vb%i0+b.^  
<I 5F@pe'  
yzH(\ x  

JCe
%
;U  
2. 系统参数 9-B/n0  
%?sPKOh3N}  
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。 ;*J_V/&?  
FGRdA^`  
6VUkZKc  
@XJzM]*w&  
3. 说明：平面波(参考) =\ek;d0Tqb  
'?gF9:  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 eE=}^6)(*  
v~B "Il  
U))2?#  
jV 'u*2&9  
4. 说明：双线钠灯光源 \86:f<)P  
>Tf <8r,  
xU6rZCqE  
 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。 f)_k_<  
 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)。 Kb$6a'u7  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 [@_IUvf^.  
._X|Ye9/  
!_P-?u  
>?L)+*^  
5. 说明：抛物反射镜 7QXp\<7  
Zws[C  
hJc^NU5  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 dEu\}y|  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 a#pM9n~a  
xo GX&^=  
S%6V(L|  
?PSJQ3BC|  
%E\pd@  
O>c2*9PM  
6. 说明：闪耀光栅 j>I.d+  
p|`[8uY?  
G<m6Sf  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 o4qB0h  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 qX"m"ko  
qKjUp"  
8mnzxtk  
sUl _W"aQ  
E%&E<<nhZ  
?y|8bw<  
7. Czerny-Turner 测量原理 3E$h W  
FdE9k\E#/)  
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。 +\GuZ5`  
gk^`-`P  
*7`amF-  
3bK=Q3N  
w:|YOeP  
8. 光栅衍射效率 VthM`~3  
/I@`B2  
O|e/(s?$  
 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。 KkPr08  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 +rOfQ'lQ  
 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) z#Cgd-^7.#  
'iikcf*)C  
A5 <T7~U  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd JPmZ%]wA  
T,uVt^.R+  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Wg[ThaZ  
5cZKk/"Ad}  
'Im&&uSkr  
HI!bq%TZ4  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 lj+}5ySG/  
G&\!!i|IQ  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 fK1^fzV  
tKLAA+Z  
|>Wi5h{6X  
;_D5]kl`  
 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)。 12S[m~L%  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 VK/i5yT5N  
-z?O^:e#x  
应用示例详细内容 U\`yLsKvH`  
F94Qb}  
仿真&结果 mP+rPDGp  
tRzo}_+N
 
1. 结果：利用光线追迹分析 5imqZw  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Sp~gY]:  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ^#,cWG}z  
:}[[G2|9  
.ta*M{t  
.,( ,<  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd S$%Y{  
HHae
rc  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ~8^)[n+)x  
 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)。 +Heen3
 
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， h| ]BA}D  
^J7g)j3  
 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。 <#5`%sa '  
iT"H%{+~  
;J40t14u  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms !e(ZEV g  
& wG3RR|  
3. 衍射效率的评估 8- ]7>2?_  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 MESPfS+  
%Q[+bN[/  
gKay3}w  
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。 ||vQW\g  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ]Zz<9zix  
 {r?qI  
4. 结果：衍射级次的重叠 wfc[B;K\  
 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。 ne\N1`AU  
 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)。 X>6VucH{\  
 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。 kzcD}?mSS  
 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) j])nkm7_  
 光栅方程： .`Ts'0vVy  
$/uNV1]o  
-hP-w>  
;q&\>u:  
p; ZEz<M  
5. 结果：光谱分辨率 &5u[q  
59I}  
hT<:)MG)+K  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run _*w}"\4_  
b1{XGK'  
6. 结果：分辨钠的双波段 lt&30nf=  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 e`Z3
{H}  
   I#tEDeF2  
'd@Vusq}2  
7J%v""\1!  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 <AB.`["  
^2PQ75V@.  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Y;e
Jo  
NX*9nwp^  
7. 总结 :4D#hOI  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 !jDqRXi(  
1. 仿真 ?ixzlDto\  
以光线追迹对单色仪核校。 dsxaxbVj%  
2. 研究 C4P7,  
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。 \..(!>,%F  
3. 应用 s=nE'/q1|  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 q[3b i!Q  
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。 T7.u7@V2  
扩展阅读 4l?98  
1. 扩展阅读 PHa#;6!5  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 B&m?3w  
/z4xq'<  
 开始视频 m~Dq0 T  
- 光路图介绍 0OMyE9jJJ  
- 参数运行介绍 dMwVgc:  
- 参数优化介绍 o/fq  
 其他测量系统示例： 9e Dji,  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) m(3bO[u1  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ::vw1Es  
GSW{h[Op  
'ej{B0rE  
QQ：2987619807 2/BFlb  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习