[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) |@)ij c4i  
=WP}RZ{S  
应用示例简述 }W%}_UT  
s*}d`"YvH  
1.系统说明 r?2C%GI`  
f.r-,%^6{  
 光源 X]CaWxM  
— 平面波(单色)用作参考光源 qm}7w3I^  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 5O%}.}n  
 组件 ~yf5$~Z  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 }mJ)gK5b 6  
 探测器 AB#hhi#  
— 功率 %s)E}cGH  
— 视觉评估 8@Km@o]?
 
 建模/设计 X!_OOfueP8  
— 光线追迹：初始系统概览 7y`
~T+  
— 几何场追迹+(GFT+)： r*3XM{bZ/@  
 窄带单色仪系统的仿真 /ci.IT$Q^  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Ap>n4~  
 L_Ai/'
 
2.系统说明 +l3 vIN
 
sQH.}W$C  
Ip1Qm
P  
"|&*MjwN6  
3.系统参数 XJ NKM~
 
hQ8{ A7  
q{JD]A:  
\1B*iW  
da^9Fb  
4.建模/设计结果 F;NZJEy  
YvHn~gNPhs  
@+!d@`w:z2  
Zd%\x[f9ck  
总结 ]ogy`O>  
!c`1~a!  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 r#~6FpFVK^  
1. 仿真 aY+>85?g  
以光线追迹对单色仪核校。 =UP)b9*h  
2. 研究 _1JvA-  
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。 e)bqE^JP  
3. 应用 CUd'*Ewu  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ~gDtj&F  
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。 ]-`{kX  
J\0YL\jw1K  
应用示例详细内容 WL~`L!_. A  
系统参数 6a!X`%N=  
\d;Ow8%d/  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 >) ^!gz8  
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。
5~? J  
- |'wDf?H  
D.GSl  
[)=FZ
F6kG  
2. 系统参数 E0PBdiD6hs  
Y#5S;?bR  
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。 Q&LkST-i  
+Snjb0  
#>V;ZV5"  
3IxT2@H)  
3. 说明：平面波(参考) ),Rj@52l  
"8X+F%  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 sig_2;  
~}116K  
 x1et,&,  
h^)2:0#{I  
4. 说明：双线钠灯光源 3^a"$VW1  
EKf4f^<  
BkF[nL*|  
 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。 _V?Q4}7d/  
 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)。 P;/T`R=Vr"  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 A!~o?ej  
}R x%&29&  
J@fE")  
73.b9mF  
5. 说明：抛物反射镜 9.B7Owgr89  
%Z? o]  
#@fypCc  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 
uI[*uAR  
 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。 sFTIRVXN,  
SOL=3hfb^  
T_-MSXhA  
^J_hkw~gO  
/~[R u  
>R<fm  
6. 说明：闪耀光栅 kes'q8k  
e{,/  
){:aGGtko  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 EUkNh
>U?  
 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 C(t/:?(y  
vo-{3]u#=  
qg/5m;U  
c"ztrKQQ  
M=A9ax  
[}p.*U_nw  
7. Czerny-Turner 测量原理 <GN?J.B  
_1'Pb/1  
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。 `N|CL  
w$4Lu"N:  
UJ[a&b  
Ev16xL8B  
]N_^{k,  
8. 光栅衍射效率 A2d2V**Z  
'r%oOZk)z  
bB-v ar  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 0 y%R  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 [\1l4C  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) ErC[Zh"''  
cG:`Zj~4  
)[*O^bPowI  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd -huZnDN  
4#q JX)/  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 !%r`'|9y  
H)Ge#=;ckQ  
F.D1;,x  
m9@n  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 H@' @xHv  
zQ}N mlk  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 rgKn=8+a  
Yur)_m  
V?BVk8D};  
)6^xIh  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 S45>f(!  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 x~^I/$  
^6>|!  
应用示例详细内容 v!A|n3B]p  
YCO:bBmp:  
仿真&结果 >r3< O=Z7  
t}*!UixE  
1. 结果：利用光线追迹分析 )fc"])&8  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 f"N3;,Oc  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 FSs$ ] d;  
n9!3h?,g  
d/rz0L  
}92lr87  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd }Xv1KX'  
zqr%7U  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 N06O.bji  
 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)。 Tk&9Klo  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Lu.tRZ`$38  
MWh+h7k'  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 %5?-g[  
fcXk]W  
Z3>3&|&  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms .MARF  
3MJWCo-[  
3. 衍射效率的评估 b2%bgs  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 _kX/LR"L+  
mIEaWE;E"  
![ID0}MjJ  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 }IkEyJsk  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd p+UHJ&  
DeQ'U!?+N  
4. 结果：衍射级次的重叠 <D
;Q8  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 Prz+kPP  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 SLOYlRGCi  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 iiB)/~!O  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 6@;L$QYY-V  
 光栅方程： QYw4kD}  
yPG\ &Bo  
LY:?OGh  
PG[O?l  
Y_>-p(IH  
5. 结果：光谱分辨率 ^^3va)1{!  
)wzs~Fn/  
bTy)0ta>AF  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 3nC#$L-   
O8~U<'=*  
6. 结果：分辨钠的双波段 \I
f!5N  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 -L3 |9k  
   * r4/|.l  
P9mxY*K)%5  
5J\|gZQF  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 f(s3TLM  
UEQ'D9  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run {e[pSD6   
Fp6[W5>(-  
7. 总结 HZ<f(  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Nk7eiQ  
1. 仿真 R ms
01m>Y  
以光线追迹对单色仪核校。 W*rU,F|9  
2. 研究 R{xyme@"^  
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。 qwNKRqT  
3. 应用 )C01fZ
hD  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 %v+fN?%x,d  
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。 ~eV!!38 J  
扩展阅读 +=*m! 7Mr  
1. 扩展阅读 s@)"IdSA(  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 b~Pxgfu"  
0.BUfuuh  
 开始视频 BUA6(  
- 光路图介绍 Rp`_Grcd  
- 参数运行介绍 Wt)SdF=U/  
- 参数优化介绍 +65~,e  
 其他测量系统示例： q'Pz3/mk  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 3+
8"  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) |h=+&*(:  
tC@zM.v%  
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D0X?2  
QQ：2987619807 {Sr=
SE  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习