[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)
~l('ly  
?rY+,nQP  
应用示例简述 _hgGF9  
tr58J%Mu  
1.系统说明 7)RR
Csn  
O>>/2V9  
 光源 {Y3:Y+2X3*  
— 平面波(单色)用作参考光源 /.(~=6o5  
— 钠灯(具有钠的双重特性) uqVarRi$  
 组件 Gzp*Vr  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 h1y3gl[;TD  
 探测器 ^U);MH8  
— 功率 /]?e^akA  
— 视觉评估 vR (nd  
 建模/设计 y7,t"XV  
— 光线追迹：初始系统概览 w4FYd  
— 几何场追迹+(GFT+)： dkW7k^g  
 窄带单色仪系统的仿真 pd|l&xvka  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 &UVqFo  
QRx9;!~b}  
2.系统说明 zDBm^ s  
gH.$B'  
mKoDy`s  
ZENblh8fs  
3.系统参数 WpOH1[8v  
/z(d!0_q|v  
Q3'P<"u  
5~$WSL?O)  
Y-,S_59  
4.建模/设计结果 3[@:I^q  
m{&lU@uL  
h*Mt{A&'.&  
cYvt!M\ed  
总结 oFhBq0@  
]z2x`P^oI  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 %0({MU  
1. 仿真 L3\(<[  
以光线追迹对单色仪核校。 @V&HE:P  
2. 研究 &XW~l>!+  
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。 }rnu:7  
3. 应用 iVo-z#  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 X5(oL  
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。 nGsFt.  
q^uCZnkb=  
应用示例详细内容 O|+$9#,  
系统参数 7#N ?{3i  
>;#rK@*&  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 UR(i_T&w  
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。 [;l;kom  
rCb$^(w{7  
JxKd  
~fs} J  
2. 系统参数 brK7|&R<  
>jnx2$  
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。 flz7{W  
~jzT;9:  
 z@~mu  
%$bhg&}  
3. 说明：平面波(参考) tv2k&\1  
TH55@1W,[  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 CYsLyk  
=`2jnvx  
]VEc9?  

||fCY+x*8  
4. 说明：双线钠灯光源 H_ NoW  
'Tskx  
69t6lB#;!  
 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。 b8[ ayy  
 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)。 Pa=xc>m^  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 |QQ(1#d  
NCYOY  
k^#*x2b  
 Y=H_U$  
5. 说明：抛物反射镜 gc b8eB,  
E_P,>f  
Hq&MePl[  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 9|NF)~Q}'  
 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。 ')iyD5/4  
%|ioNXMu  
PG@C5Rnu  
l*Fp}d.  
L+mHeS l  
? :A%$T  
6. 说明：闪耀光栅 uLfk>&hc  
&V%faa1  
#MviO!@  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 |o^mg9  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 iQgr8[ SFf  
BQv*8Hg B6  
.
x}xa  
?B`c<H"  
H> n;[  
!<F5W<V  
7. Czerny-Turner 测量原理 dZddoz_  
) bd`U  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 Q91mCP~$  
.eCUvX`$  
}0>\%C  
o*[[nK*fL  
&KV$x3  
8. 光栅衍射效率 L"uidd0(g  
:3b\pEO9\  
_UbyhBl  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 d6zq,x!
cI  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 76u\#{5  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) 1l^`  
k`\L-*:Ji  
4F!%mMq  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Y$fF"pG?  
z)R\WFBW  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ^a|  
:>jzL8  
[t*-s1cq  
G*-7}7OAs  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 `:dGPBBO  
b
km:#K  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 |T*t3}  
MB6lKLy6~  
v5FfxDvw  
UY)Iu|~0b  
 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)。 J6nH|s8  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 bOr6"nn  
Hx9lQ8  
应用示例详细内容 $SzuUI  
j,1cb,}=^  
仿真&结果 B"t4{1/  
/~g.j1g  
1. 结果：利用光线追迹分析 w3Dqpo8E  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 8vj]S5  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 g{hbq[>X]  
.G/RQn]x}  
R?:(~ X\  
x139Ckn  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd & 5'cN  
<}%gZ:Z6g  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 G.^^zmsM`  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 ^>s{o5H&  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， :
x!'Eer n  
K48QkZ_gY  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 fh&Q(:ZU  
A*W/Q<~I  
jVSU]LU E  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 't475?bY  
zH *7
!)8  
3. 衍射效率的评估 ~b
9fk)z!  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 1+ V<-I@{  
2'?C  
9n3.Ar  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 (>-(~7PR  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd nwJc%0  
UFj/Y;  
4. 结果：衍射级次的重叠 WAVEwA`r  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 G+NTn\  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 0fa8.g#I$  
 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。 _2xYDi  
 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) aY%{?8PsB  
 光栅方程： "I3&a1*  
"':SWKuMx  
l
^v,X%{Iz  
02po;  
A$]#f  
5. 结果：光谱分辨率 q94*2@KV  

,u
  
U5j0i]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run D!bi>]Yd  
S{~j5tQv^q  
6. 结果：分辨钠的双波段 inyS4tb  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 :a M@"#F  
   Aoy=gK  
L$; gf_L  
R-\"^BV#Z  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ?$4CgN-  
w%kaM=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ^I!gteU;  
fXAD~7T*s  
7. 总结 *G,r:Bnb  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 !)uXCg9U  
1. 仿真 PML84*K -  
以光线追迹对单色仪核校。 2Zi&=Zj"  
2. 研究 T!Uf PfEI  
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。 CdiL{zH\3  
3. 应用 4?~Ei[KgQn  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 SSr2K  
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。 $+HS^
m  
扩展阅读 58/\  
1. 扩展阅读 A Zv| |8p  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Nv\<>gA:  
|r53>,oR<:  
 开始视频 \MtdT[*  
- 光路图介绍 \J^xpR_0u  
- 参数运行介绍 %l)~C%T  
- 参数优化介绍 6bt{j   
 其他测量系统示例：
uszMzO~  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 8?k.4{?  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) hFt~7R  
8hvh xp  
_ 4+=S)$  
QQ：2987619807 :,=Z)
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楼上你有图中的仿真文件么

想学习