[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) MA+-2pMc|7  
vs1Sh?O  
应用示例简述 IMGqJc,7  
,z1!~gIal  
1.系统说明 7I(t,AK
J  
%<?ciU  
 光源 JQ_gM._3  
— 平面波(单色)用作参考光源 ,0Zn hS)kq  
— 钠灯(具有钠的双重特性) TJXraQK-=  
 组件 zcB2[eaV  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 _g 4/%  
 探测器 F36ViN\b  
— 功率 ,%h!%nz!  
— 视觉评估 Yg)V*%0n  
 建模/设计 d=Do@) m|  
— 光线追迹：初始系统概览 |2@en=EYk  
— 几何场追迹+(GFT+)： jBv$^L  
 窄带单色仪系统的仿真 +V9B  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 P!y`$Ky&  
}[z<iij4  
2.系统说明 8},<e>q  
}6J7<g  
(a}
  
HB7(  
3.系统参数 9>Uq$B  
ChTXvk
dH  
d>, V  
~"0@u  
h1XMx'}B  
4.建模/设计结果 k=7Gr;;l=p  
Yu^H*b  
+%wWSZ<#  
7"q+"0G  
总结 y
-#  
MdH97L)L.0  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 `4%;qLxngP  
1. 仿真 Px?Ao0)Z,  
以光线追迹对单色仪核校。 5!AV!A_Jp  
2. 研究 rer|k<k;]G  
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。 OB6J.dF[%  
3. 应用 \CK
(;J  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 RxZm/:yuJ.  
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。
8lOI\-  
lRDxIuTK  
应用示例详细内容 's[BK/  
系统参数 j u*fyt  
&xiOTkqB  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 IyS"  
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。 .Z=Ce!  
X0WNpt&h  
{/d4PI7)tK  
dk_,YU'z  
2. 系统参数 yGvDn' m  
BWUt{,?KU  
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。 M!
gBmQZ1  
r219M)D?  
VLsh=v   
mX&xn2}qZ"  
3. 说明：平面波(参考) Y{Da+  
F
>dwLbnb  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 |3{+6cg  
J/'M N  
$Z;BQJVH  
;8P_av}C  
4. 说明：双线钠灯光源
c>ad0xce6  
p jKt:R}  
$PSY:Zz  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 TDlZ!$g(  
 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)。 N = LM?(H
 
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 XFW5AP  
qy_%~c87  
[pii  
b5j*xZv  
5. 说明：抛物反射镜 Lt1U+o[ot  
-bypuMQ-p  
SLkuT`*  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 lv4(4$T  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 iTh xVD  
|q;Al z{  
W`$[
j0  
bV@7mmz:X+  
\a\= gn   

.nEs:yn  
6. 说明：闪耀光栅 E0QPE5_  
q IM  
F
V A
UR  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 x;u~NKy  
 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 1otspOy  
A 4j<\xL  
nfX12y_SXL  
-vV'Lw(  
OX+hZ<y  
yRC3 .[  
7. Czerny-Turner 测量原理 ]:&n-&@L  
)1f+ld%R  
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。 +Hj/0pp  
wcZbmJ:  
I}+;ME|<2  
f&ytK  
==N` !+  
8. 光栅衍射效率 D`Gt  
IIxJqGN:  
S[mM4et|  
 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。 *69c-`o  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 0z`/Hn  
 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) KCUU#t|8V\  
_A 2Lv]vfV  
}c% pH{HI  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ;/'|WLI9  
LkBZlh_  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 FXahZW~Ol  
5
y   
Ox qguT,  
zAs&%OjG  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 )eYDQA>J  
5ZK&fKeCF  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 A
WHU'  
)K
Y:m |Z  
m'x;,xfY&F  
|]W2EV ,b  
 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)。 sDC*J\X  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 VFj(M j`}G  
!

][F  
应用示例详细内容 {)@D`{$  
gnLn7?  
仿真&结果 +=eR%|!@  
zizk7<?L.  
1. 结果：利用光线追迹分析 [2 zt ^  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 {38\vX,I(w  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 y=aV=qD  
7I}P*%(f  
``|AgIg  
? \m3~6y  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd <7)Fh*W@  
WV
X`<  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 s_ bR]G  
 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)。 CO^Jz  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 3`F) AWzdr  
mfom=-q3k  
 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。 )TJS4?  
Rc[0aj:  
WE6\dhJ<  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms W5pb;74|  
 ?=Db@97  
3. 衍射效率的评估 #0"~G][#  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 O1P=#l iYX  
0CAa^Q
^w  
!HK^AwNY  
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。 mdbp8,O  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd %Mn.e a  
H(-4:BD?  
4. 结果：衍射级次的重叠 a~]bD  
 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。 x_MJJ(q8g  
 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)。 9em*r9
-  
 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。 }-DE`c  
 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) }#`:Qb \U  
 光栅方程： }< 5F  
K#mOSY;}  
,Zf 9RM  
..W-76{  
aP-<4u
Gx  
5. 结果：光谱分辨率 d8o53a]  
@T-p2#&  
BiwieF4x  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run uJU*")\V  
/JJw 6[N  
6. 结果：分辨钠的双波段 ?> Dtw#}  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 )_7>nuQ6  
   'gMfN  
mpw
~hW0-  
tt_o$D~kg  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 s5&@Cxzl  
*OjKcs  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 'lz"2@4{  
w.{&=WTr  
7. 总结 ]T:;Vo  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 'jg3  
1. 仿真 v`PY>c6~  
以光线追迹对单色仪核校。 Me5{_n  
2. 研究 K=::)/{P  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 AyKMhac  
3. 应用 .="bzgC3A  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 O[
^%{'  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 wK_]/Q-L  
扩展阅读 u+m,b76  
1. 扩展阅读 fxcc<h4  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 fV>CZ^=G  
~&dyRtW
4  
 开始视频 [Nm4sI11  
- 光路图介绍 %r\n%$@_  
- 参数运行介绍 C4$:mJ>y  
- 参数优化介绍 YY((#"o;l  
 其他测量系统示例： rqPo)AL  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) df}r% i  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) o G*5f  
z;tI D~Y  
{$D,?V@%_  
QQ：2987619807 /*FH:T<V  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习