[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) m1),;RsH  
2W/?q!t  
应用示例简述 .C&ktU4  
,=
tD8@a<  
1.系统说明 ?**+e%$$  
?*E'^~,H)  
 光源 2ggdWg7
z  
— 平面波(单色)用作参考光源 IqC]!H0  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 29!q!g|  
 组件 K@#(*."  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 odPL{XFj  
 探测器 Fb^:V4<T  
— 功率 V>ieh2G(  
— 视觉评估 !OBEM1~ 1  
 建模/设计 Ys@}3\Mc  
— 光线追迹：初始系统概览 pV20oSJNt  
— 几何场追迹+(GFT+)： wW#}:59}  
 窄带单色仪系统的仿真 )^4\,
u\@  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 _C(m<n  
XLAN Np%E  
2.系统说明 /h*>P:i].  
$4tWI O  
$/.zm;D  
Eve.QAl|  
3.系统参数 r.#t63Rb  
{) Q@c)'  
TYJ:!  
v=_6XF  
t*>R`,j  
4.建模/设计结果
Fb7#<h  
5Cq{XcXV  
HRi
L.
DS  
r41\r
,`Dj  
总结 O9EKRt  
JcbwDlUb  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 >S'17D  
1. 仿真 5]HS^II"  
以光线追迹对单色仪核校。 %kB8'a3  
2. 研究 ~v]!+`_J  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 y($%;l   
3. 应用 8"dv_`ym  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 "\}@gV#r$A  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 SzUpWy&  
6`]$qSTS  
应用示例详细内容 epU:  
系统参数 #a`a$A  
\>CYC|  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 ~ECD`N<YF  
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。 .Fnwm}  
Z00+!Tnd  
o(S{VGi,  
f. FYR|%tq  
2. 系统参数 KuMF^0V%c  
\T<$9aNb  
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。 VUhbD  
wi4=OU1L)a  
GDD '[;  
\ gLHi~  
3. 说明：平面波(参考) 4\6N~P86  
'B@e8S)y  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 DwrO JIy  
emdoA:w+   
P#fM:z@[  
TZ2=O<Kj  
4. 说明：双线钠灯光源 -u?S=h}  
x\J#]d.  
6IWxPt~  
 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。 OtGb<v<_H  
 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)。 'JNElXqrv  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ]79:yMD~ba  
#*TEq
 
RTv qls  
(iRide  
5. 说明：抛物反射镜 oI.G-ChP  
tUgEeh6  
(y M^  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 O9g{+e`  
 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。 $ZNu+tn Y  
5!EJxP9  
F$^
Su<w5l  
e0J6Ae4V[  
kI:}| _  
u-tQ9ioKC  
6. 说明：闪耀光栅 bks/`rIA  
KyzFnVH3)  
^b7GH9<&  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ET[kpL  
 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 ei6AV1| p  
Gkp<o  
$2u 'N:o  
2^)1N>"g  
6<$Odd
 
fwBRWr9  
7. Czerny-Turner 测量原理 vmLxkjUm#  
C#H:-Q&  
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。 8,atX+tc  
<}sq?Sfq!  
!YP@m~  
/__PSK  
2hee./F`  
8. 光栅衍射效率 P(;?kg}0  
WyZL9K{?  
ZvUC
I8  
 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。 <a[Yk 2
 
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 Rcawc Y  
 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) QjC22lW-  
<ERB.d!  
HmZ{L +"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Vur bW=~g  
^mb[j`CCt  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 hRq3C1mR  
(%U@3._  
kFQ8 y~>y}  
UThB7(O,  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ) /v6l  
iR\Hv'|  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 sg8/#_S1i  
]IL;`>Gp  
meCC?YAB  
Z(ZiFPx2Z  
 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)。 7#~+@'Oe  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 YOrrkbJ(  
?h0X,fl3  
应用示例详细内容 OKHX)"j\\  
t!2(7=P30(  
仿真&结果 Dk='+\  
IJJ%$%F/  
1. 结果：利用光线追迹分析 I"1;|`L~:  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 T2D<UhP  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 cS.-7  
>5wx+n)/)  
*-12VIG'H  
fl;s9:<  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd .7 asW(  

`juLQH  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 rS0DSGDq  
 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)。 x)UwV  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， siTX_`0  
h!#:$|Q  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 *FfMI  
U;n*j3wT  
,KJw|x4}\  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms KK,Z"){  
.0G6flD   
3. 衍射效率的评估 I2a6w<b  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 _Cw:J|l.  
uHIiH@S  
[I:KpAd/  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 7?v#'Ies  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd A!vCb 8(TX  
a,Gx
m!  
4. 结果：衍射级次的重叠 JxjI]SF02  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 dDDGM:]  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 {u[V{XIUh  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 \*\R1_+  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) -B$~`2-  
 光栅方程： @h?shW=^  
3M0+
"l(X  
za'6Y*CGgX  
s!+"yK  
,&Wn [G<2  
5. 结果：光谱分辨率 +Ug/rtK4  
6r
"u$i`o  
=V97;kq+v  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run &t(0E:^TRU  
\#'TNmS  
6. 结果：分辨钠的双波段 H +bdsk  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 OquAql:   
   Sb".]>^  
W2;N<[wa<u  
0)m8)!gj  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 O|cu.u|  
65,(4Udz!  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run YHV-|UNF  
Q/I)V2a1i  
7. 总结 rs=q! P"u[  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。
B`$L'  
1. 仿真 U"f??y%)  
以光线追迹对单色仪核校。 W YW|P2*  
2. 研究 HftxS  
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。 $[@0^IJq=K  
3. 应用 I1U7.CT  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 zVv04_:  
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。 v=I|O%  
扩展阅读 %OcGdbs  
1. 扩展阅读 Hqz?E@bc@  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 rSP_:}  
[O ",  
 开始视频 %m{U& -(l@  
- 光路图介绍 3}1ss
U"T  
- 参数运行介绍 hbOnlj4  
- 参数优化介绍 iF+RnWX\  
 其他测量系统示例： ,}D}oo*  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) $\a5&1rl  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) )<4_:  
T_<BVM  
pN[0YmY#  
QQ：2987619807 UFn8kBk  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习