[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) >)Udb//  
:V9%R~h/  
应用示例简述 Q)/V>QW  
m1 tYDZ"
i  
1.系统说明 {^5LolCCH  
Io(*_3V)B  
 光源 6UAn#d9  
— 平面波(单色)用作参考光源 yt5Sy  
— 钠灯(具有钠的双重特性)
EJCf[#Sf  
 组件 3jI rB%  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 "jUM}@q5  
 探测器 yb-
1zF|  
— 功率 Jw4#u5$$Z  
— 视觉评估 ~nVO%IxM4J  
 建模/设计 X7bS{GT  
— 光线追迹：初始系统概览 & t.G4  
— 几何场追迹+(GFT+)： rN3qT
p  
 窄带单色仪系统的仿真 ,+d\@:  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 )Ja&Y  
8opd0'SNaB  
2.系统说明 F3?PlH:Y  
H@'f=Y*D  
eT'Z;ZO  
hZ[(Ik]*Zd  
3.系统参数 FxFRrRRH@  
'vX:)ZDi  
O x),jc[/  
+W%3VV$  
9n#lDL O  
4.建模/设计结果 #Q]^9/;|4n  
?mA%`*=q  
t:O"t G  
joRrsxFU  
总结 n^t!+  
Wik8V0(  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 SWLt5dV  
1. 仿真 W]CsKN,K  
以光线追迹对单色仪核校。 8Y,imj\(v  
2. 研究 -cONC9=  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 Mb^E  
3. 应用 MS~+P'  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 }0oVIr  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ~PtIq.BY  
W7` fI*lc  
应用示例详细内容 IA;'5IF  
系统参数 k9_c<TSzu  
Pm/Rc  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 RYyM;<9F  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 SjL&\),
 
6Bf a
B:  
wj{[g^y%  
| zyO;  
2. 系统参数 !de`K |  
61~7 L^882  
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。 ~QngCg-5q  
):-Ub4A\  
h0aK}`/a  
i}gsxq%  
3. 说明：平面波(参考) O%)Wo?)HM  
P;U(2;9 N  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 }pJLK\  
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>]<4t06D  
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F-fY  
4. 说明：双线钠灯光源 AF\gB2^  
z=6zc-$y 9  
".7\>8A#a  
 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。 ( u^`3=%n  
 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)。  ae>B0#=  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。
WyU\,"  
=mYw
O=:D  
UBWUq  
z'9U.v'M)  
5. 说明：抛物反射镜 8'*/|)Hn  
Q#5~"C  
s# V>+mU  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 eL_Il.:  
 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。 }0}=-g&  
Dnp><%  
a7}O.NDf  
mu{\_JX.A  
wE3fKG.  
lw43|_'G-t  
6. 说明：闪耀光栅 ctMH5"F&1  
0=k  
PY MofQaZ  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 _P9*78  
 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 oV'G67W  
b

;>?m  
9/h[
(qvT  
97k}{tG  
"i,ZG$S#E  
q.bxnta"  
7. Czerny-Turner 测量原理 tz9"#=}0  
a"D'QqtH  
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。 .dsB\C  
)lU9\"?o  
#A&49a3^1  
@a i2A|  
E?FUr?-[  
8. 光栅衍射效率 cHC4Y&&uZ  
@77+K:9I7  
Z~]G+(  
 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。 X<Ag['r  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 w!jY(WKU  
 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) gh `]OxA  
7/K L<T9@  
$;rvKco)%  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd &Qmb?{S0  
XXA.wPD-  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 s6k(K>Pl  
)jj
L'  
~KczP1p  
Q^8/"aV\  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 =E62N7_`=  
WWTRB +1>  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Sd/7#  
v]#[bqB.b  
K >Q6  
2(5/#$t  
 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)。 ux~=}{tz
  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 .{-X1tJ7  
X\kWJQ:  
应用示例详细内容 3);Wgh6  
'1\UFz  
仿真&结果 G)9`Qn  
bGB5]%v,  
1. 结果：利用光线追迹分析 ).$kp
2IN  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 VZA>ErB  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 s! sG)AR.J  
%Vsg4DRy  
<>=abgg  
B :1r;8{j  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd |c,'0V,"cH  
piPV&ytI  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 k@2@%02o9C  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 HR?a93  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， NbhQ-  
Yp9%u9tNq  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 7{ QjE  
AiV1 vD`  
8uetv  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 3:!5 ]  
{=E,.%8  
3. 衍射效率的评估 QPsvc6ds  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 xa%2w]  
Hb9r.;r<EW  
5cC)&}I  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 95 X6
V  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd T7Xbb
U  
a[V4EX1E  
4. 结果：衍射级次的重叠 J`A )WsKkb  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 'Z^KpW  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ot,e?lF  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 A)o%\j  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 0kld77tn 2  
 光栅方程： >zcp(M98  
\F),SL  
]=0$-ImQ@x  
!X/O1PM|  
* n>YS  
5. 结果：光谱分辨率 ( ESmP  
14rX:z  
o7s<G8;?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run EcmyY,w  
TInp6w+u  
6. 结果：分辨钠的双波段 w<=-n;2  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 j2,w1f}T  
   *Y9'
tHI  
L)/^%/!  
>WW5;7$  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 q#1CmKt4R  
FKu^{'Y6E0  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Yu9.0A_) :  
$8Y|&P  
7. 总结 6ALUd^  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 2o9IP>#u  
1. 仿真 ^>!~%Vv7!  
以光线追迹对单色仪核校。 eWAgYe2  
2. 研究 $iAd)2LT  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 &dI;o$t  
3. 应用 1c03<(FCd  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 +h?z7ZY^  
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。 "+KAYsVtU  
扩展阅读 5QJ
FNE  
1. 扩展阅读 @k,}>Tk  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 I=Xj;\b  
O_/|Wx  
 开始视频 \KPwh]0  
- 光路图介绍 !7fVO2m T  
- 参数运行介绍 LuW^Ga"E  
- 参数优化介绍 1q;r4$n  
 其他测量系统示例： K yFR;.F-  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) >4eZ%</D5  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) [I7([l1Wvd  
Pi:=0,"XOp  
B(|dT66K  
QQ：2987619807 8ORr  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习