[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) "WOY`su>  
lJ!+n<K+  
应用示例简述 {.tUn`j6V  
:UmY|=v?t  
1.系统说明 $F
EG0&  
PdG:aGQ>  
 光源 kQX
tO)  
— 平面波(单色)用作参考光源 rt] @Z`w  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 7-81,ADv(  
 组件 kKnz F  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 E<;C@B  
 探测器 >IO}}USm  
— 功率 afRUBjs  
— 视觉评估 =BpX;n<  
 建模/设计 IpQ5
1  
— 光线追迹：初始系统概览 l+S08IZ  
— 几何场追迹+(GFT+)： v|~
yIywf  
 窄带单色仪系统的仿真 T'2(sHk  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Riid,n  
az3rK4g  
2.系统说明 6bCC6G  
dE2(PQb*P  
5S:#I5Wa  
zRsG$)B  
3.系统参数 ;
bq_Y/"  
O`-JKZc  
SLRQ3<0W_  
;1K[N0xE  

2F+K(  
4.建模/设计结果 I0oM\~#  
@%@uZqQ4  
#kT3Sx  
G@b|{!  
总结 /m%Y.:g  
R+IT)2  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 T:S+Pt~  
1. 仿真 z>+@pj   
以光线追迹对单色仪核校。 01q5BQ7u  
2. 研究 aB~?Y+m  
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。 5=/H2T!F  
3. 应用 \"i2E!  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Ak[}s|,)  
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。 09pnM|8A  
SN O'*?  
应用示例详细内容 5F$ elW
 
系统参数 \'6hv>W@  
~=i9]%g?  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 [5^"U+`{x  
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。 jI!}}K)d  
AjB-&Z  
GGsDR%U
 
6}A1^RB+w  
2. 系统参数 sEq_K#n{  
ax&,  
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。 7HzO_u%H1  
Qc-jOl  
n#,|C`2
r  
OF'y]W&  
3. 说明：平面波(参考) |]sh*<:?,  
b&X- &F  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 LC)-aw>-  
_U;z@  
eS9uKb5n(  
ZAVjq;bq  
4. 说明：双线钠灯光源 H->J.5~,K  
wB}s>o\  
^6`"f  
 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。 ZW n j-  
 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)。 0\84~t'[  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 E'zLgU)r`  
sui3(wb  
#Q}`kFB`  
`)$'1,]u  
5. 说明：抛物反射镜 >AI65g  
oF[l<OY4  
?]SSmZpk  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ]P;Ng=a  
 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。 @w|'ip5@  
6Pc3;X~  
$-'p6^5  
1TeYA6 t  
$lmGMljF  
xG i,\K\:  
6. 说明：闪耀光栅 fOs}5J  
Y S )Q#fP  
o_hk!s^4m  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 
-@f5d  
 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 V
uZd  
_Vr>/f  
Y8YNRyc=  
ib8@U}Vn1  
QQ^P IQj  
^6tGj+D9  
7. Czerny-Turner 测量原理 L5 ~wX  
V'y,{YpP  
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。 |9cJO@  
]pC/6'  
[O92JT:li  
ikd~k>F  
uaN0X"  
8. 光栅衍射效率 Q^=drNV  
CqGi 2<2  
,x#5.Koz  
 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。 \UZlFE  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 R]hilb'a  
 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) Kv3cKNvu~  
!0Hx1I<*x  
CYD&#+o  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd {z:aZ]QhKc  
<pzCpF<  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 _)AX/%^%  
i!5zHn  
e%_2n=p~)%  
6Ap-J~4  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 z2:^Qg  
_Ec9g^I10  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 V?x&.C2Z  
RJ+i~;-  
}',/~T6  

M:&g5y&  
 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)。 i> }P V  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 3sUTdCnNf  
J${'?!N  
应用示例详细内容 zF'LbQz0[  
90ZMO7_  
仿真&结果 w"?H4  
Z]U"i1lA  
1. 结果：利用光线追迹分析 IpX.ube  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 wB%:RI,  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Vu6$84>-,  
!kAjne8]d  
-.XICKz  
%NH#8#';2  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd LHit9O[_/s  
7Aj o9  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 4}C^s\?z  
 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)。 :zN{>,sC  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 0^?:Zds  
zvJQ@i"Z  
 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。 954!ED|F(  
A5U//y![{  
\q2:1X|  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms r1vF/yt(  
-|Z[GN:  
3. 衍射效率的评估 [diUO1p  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 5%`fh%  
^ud-N;]MKs  
.K I6<k/  
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。 'E_M,Y  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd k9]M=eO  
OPi><8x  
4. 结果：衍射级次的重叠 c*fMWtPp  
 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。 &`]
Lg?J  
 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)。 v@_^h}h/,=  
 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。 j%_{tB  
 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) .X2fu/}  
 光栅方程： }K<% h  
|_fmbG
 
W
DrC  
|r|<cc#  
Q:nBx[%  
5. 结果：光谱分辨率 q oA?  
0O@UT1M;v  
pv LA:LW2  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run hU: 9zLe  
h\]D:S  
6. 结果：分辨钠的双波段 $9~6M*  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 "`va_Mk  
   H]zi>;D  
)\xDo<@  
\:7G1_o  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 r2t|,%%N7  
Vn7
FbaO^  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 
jUtFDw  
htgtgW9 ^P  
7. 总结 /=y _#l  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 |o6g{#1  
1. 仿真 lla?;^,  
以光线追迹对单色仪核校。 2cnyq$4k  
2. 研究 bi:TX<K+  
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。 obRYU
|T  
3. 应用 9Q*T'+V  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 +m
gm39  
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。 ff{L=uj  
扩展阅读 uT\|jv,  
1. 扩展阅读 \vKKq/f  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 VuU{7:  
o+}>E31a  
 开始视频 sYMgi D  
- 光路图介绍 @N(*1,s2  
- 参数运行介绍 c] '-:=  
- 参数优化介绍 K[j~htC{I"  
 其他测量系统示例： SJ
 ay  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 6=aXz2.f  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) jV)4+D
 
$vC}Fq  
3EVAB0/$  
QQ：2987619807 WP}NHz4H  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习