[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) 0}y-DCuQ  
AIa#t#8${  
应用示例简述 r:uW(<EP^  
ZRo-=/1  
1.系统说明 maTZNzy  
iKN800^u  
 光源 BY^5z<^.  
— 平面波(单色)用作参考光源 GLIP;)h1  
— 钠灯(具有钠的双重特性) $y&1.caMa  
 组件 -$m?ShDd  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 hz_F^gF  
 探测器 N:Zf4  
— 功率 KdB9Q ;  
— 视觉评估 d8Kxtg Y  
 建模/设计 bkfk9P  
— 光线追迹：初始系统概览 SR\F2@u  
— 几何场追迹+(GFT+)： !4l\*L  
 窄带单色仪系统的仿真 D&r2k
9  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 trC+Etc  
nzK"eNDN.  
2.系统说明 $1$T2'C~+  
F"M$ "rC]  
k|c=O6G
O  
S0<m><|kl  
3.系统参数 Z6vm!#\  
`2Oh0{x0*O  
~ U,a?LR/  
jL[ hB  
#UpxF?A(  
4.建模/设计结果 L/R ES  
hMiuv_EO!  
:'LG%E:b  
\7Fkeo+  
总结 >av.pJ(>  
`e!hT@Xxa  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ?hQ,'M2  
1. 仿真 GxIw4m9  
以光线追迹对单色仪核校。 [d_sd  
2. 研究 @.fyOyOC  
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。 Qb;5:U/x  
3. 应用 MYb^ILz H3  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 HBFuA.",  
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。 mTW@E#)n  
a~-^$Fzgy  
应用示例详细内容 I2wT]L UV  
系统参数 !F|iL  
CF`fn6  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 wCb%{iowH  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 fii\&p7z  
+i[w& P  
=!`\=!y  
iY2%_b!5  
2. 系统参数 &Tf R].  
d">Ya !W  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 a;A&>Ei}  
0+\~^  
=/Dp*  
Z)U#5|sf  
3. 说明：平面波(参考) {mp;^/O`er  
fV;&)7d&  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 '7<@(HO  
afZPju"-  
2ju1<t,8)  
N -]m <z>  
4. 说明：双线钠灯光源 W`PK9juu  
qKL_1 ~  
B9_0 Yq  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 DT=!  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 e< Ee2pGX  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 N[$(y} !s  
>Q~"/-bN)  
IpxFME%!  
f-\l<o(  
5. 说明：抛物反射镜 1?(mE7H#  
5m+:G
iI  
"z }bgy  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 2#Au6BvX  
 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。 ~P5!VNJ;r  
^yRCR] oT  
]sjOn?YA+  
d]e`t"Aj  
K@{jY\AZNx  
iR#jBqXD  
6. 说明：闪耀光栅 l1odkNf|  
U6=m4]~Z  
$`'^&o;&f  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 0EXAdRR  
 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 H[x9 7r  
?<w +{  
s=huOjKL]  
y|KDh'Y  
f|VP_o<  
"0L@cOyG  
7. Czerny-Turner 测量原理 $^7&bQ  
d*3R0Q|#{  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 i=2+1;K  
&TbnZnv  
Qb# S)[6s+  
q@(N 38D  
i6m;2 UAa  
8. 光栅衍射效率 ==(M vu`  
;T52aX  
]Ly)%a32  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 o7 !@WOeZ3  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 +N4h Q"  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) kd\G>  
Mdwh-Cis/  
l:@.D|(o3  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd +[2lS54"W4  
*pasI.2s#  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 6!Isz1.re  
dbZPt~S'$  
T  |j^  
"Ln\ZYB]  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 3!$rp- !<)  
|J}~a8o  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 %n}]$ d  
G>_ZUHdI  
SyYa_=En  
U |4%ydG  
 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)。 mI`dZ3h  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 F37,u|  
xEiW
]Eo  
应用示例详细内容 Bv=Z*"Fv  
AARhGx|L<  
仿真&结果 L:^'cl} G  
;%82Z4  
1. 结果：利用光线追迹分析 H{GbOI.  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 sU}e78mh  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 TOuFFR  
ohh 1DsB  
MoFZ  
/cjf 1Dc  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd X>wQYIi  
Ql V:8:H$  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Y|lMa?\E  
 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)。 %Bo Jt-v  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， XnG!
T$  
p' gv5\u[w  
 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。 G![1+2p:Tq  
g{a0,B/j  
@LmUCP~  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ^Ta"Uk'  
Z2@&4_P  
3. 衍射效率的评估 jf2E{48P  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 4i19HD_  
k4l72 'P  
_6[NYv$"  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 ><DE1tG  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd u@|yw)  
AUq?<Vg\  
4. 结果：衍射级次的重叠 A
6Qi^TI  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 [gE2lfaEy  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 Ar$LA"vu4  
 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。 L@ay4,e.bz  
 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) SVHtv0Nx  
 光栅方程： ':[y]ep(~|  
4q~E\l|.5  
U9q*zP_jV  
@GV^B'}*  
SW=p5@Hy{  
5. 结果：光谱分辨率 [+1 i$d  
s0h)~z  
8;5/_BwMu  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Ylf4q/-  
JSL3.J  
6. 结果：分辨钠的双波段 Xgm7>=l  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ,s)H%  
   *Zvw&y*  
_`(g?  
+1y#=iM{  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ZAP+jX;  
i>~?XVU  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run t>[r88v  
~DD/\V  
7. 总结 `l}-S |a  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 oMVwIdf  
1. 仿真 l1??b  
以光线追迹对单色仪核校。 F, "x~C  
2. 研究 : ?V;  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 )v9[/ ]*P  
3. 应用 Y:a(y*y<  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 fS~.K9  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 7~16letQ  
扩展阅读 P8jK yo  
1. 扩展阅读 g DhwJks  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 9NT;^K^I  
MXy{]o_H~  
 开始视频 jmFN*VIL  
- 光路图介绍 Hj!)S&y,$  
- 参数运行介绍 A0XFu}  
- 参数优化介绍 ^WNJQg'  
 其他测量系统示例： y AWDk0bx  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) eZ!k'bS=  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) E;q
woTmul  
_=8+_OEk  
9ZBF1sMg  
QQ：2987619807 HZ}*o%O  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习