[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) G&z^AV  
M->
BV9  
应用示例简述 AeR*79x  
_C
54l  
1.系统说明 nXT/zfS  
&~KAZ}xu  
 光源 eq6>C7.$  
— 平面波(单色)用作参考光源 E'cI}q  
— 钠灯(具有钠的双重特性) I R|[&}z  
 组件 A:4?Jd>  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 0CpE,gg  
 探测器 k~XDwmt;  
— 功率 cfC}"As  
— 视觉评估 '',g}WvRwe  
 建模/设计 $e, N5/O  
— 光线追迹：初始系统概览 I&wJK'GM`  
— 几何场追迹+(GFT+)： {%+UQ!]d8  
 窄带单色仪系统的仿真 NA!?.zn  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 c\le8C3  
@:Emmzucv|  
2.系统说明 VD~ %6AjyN  
E"zC6iYZ;  
=eyPo(B  
`>Ms7G9S~e  
3.系统参数 .x'?&7#(  
p|>m 2(|  
O<P(
UT"  
_-|+k  
x8o/m$[,=u  
4.建模/设计结果 /d*[za'0  
)8`i%2i=  
f7b6!R;z_  
]YrgkC35  
总结 (_3QZ  
mEg3.|  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 U'LPaf$O  
1. 仿真 jx#9  
以光线追迹对单色仪核校。 69S*\'L  
2. 研究 Q%:Z&lgy  
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。 INEE 37%  
3. 应用 &EhOSu  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 O$7
cN\Z  
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。 Z.b?Jz
j  
!n<SpW;  
应用示例详细内容 *RmD%[f  
系统参数 +45.fo  
CT/>x3o  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 E>N[  
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。 XzBlT( `w  
iXLH[uhO;  
k'NP+N<M  
aA]wFZ  
2. 系统参数 Pa'N)s<  
hd W7Qck"  
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。 r72zWpF!Ss  
]sI\.a  
i_:#]
[nWX  
3X#Cep20a  
3. 说明：平面波(参考) 8Oa+,?<0x  
[QIQpBL  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 0jt@|
3  
32Wa{LG;2  
kP1cwmZ7F  
RG9iTA'  
4. 说明：双线钠灯光源 %@8#+#@J0  
y!T
8(  
'Hsd7Dpi}  
 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。 qIxe)+.  
 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)。 oA8A @,-L  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 -EE}HUP)  
%{jL+4veoL  
Js(M
zL  
U ]7;K>.T  
5. 说明：抛物反射镜 Z&n#*rQ7[  
:o:Z   
NU"L1dK @  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 [OS&eK 8  
 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。 t]T't='
  
&[ ,*  
rP#&WSLVj  
>-y}t9[/  
[<sN"  
mnx`e>0  
6. 说明：闪耀光栅 ]MC5 uKn  
So= BcX-  
fOdX2{7m  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 $RYOj{1  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 eh8lPTKil  
ZH`(n5  
qC3PKlhv6  
=}0$|@pl  
39d$B'"<1  
v3(0Mu0J  
7. Czerny-Turner 测量原理 :\C/mT3xL)  
^V7)V)Z;0  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 \YHl
(  
YxGqQO36  
wxN&k$`a  
{Es1
bO  
7X>*B~(R  
8. 光栅衍射效率 _:FD#5BZ1  
U;*O7K=P  
: @
$5M  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 a5&[O  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 cH5RpeP  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) -J0OtrZ  
b}*q*Bq  
%-BwK  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd sXtt$HID=  
TmK8z  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Gyrc~m[$  
7%G&=8tq  
orbz`IQc  
BU7QK_zT:  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 q29d=  
\FF|b"E_=  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 f0YBy<a  
U ,!S1EiBs  
#4!f/dWJp  
lTVz'ys  
 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)。 $e.Bz`  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Vy^mEsQC+h  
#B q|^:nj  
应用示例详细内容 qQ1D}c@  
eu?P6>urA  
仿真&结果 O&}R  
T5}5uk9  
1. 结果：利用光线追迹分析 t3C#$>  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ,Ek6X)|@  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 %NfH`%`  
;F"Tu  
.4[M-@4+]  
?}S!8;d  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd T
'9M  
"{3MXAFe  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 /<dl"PWkJv  
 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)。 :9(w~bB9$  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， prB:
E[1  
Xn5LrLM&  
 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。 7HL23Vrk  
1_StgFu u  
xK4E+^ b  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms jpOcug`f  
Z=<D`  
3. 衍射效率的评估 3$BO=hI/-  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 (a~V<v"  
;&kZ
7%  
]BTISaL-R  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 =/\l=*  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Hq>rK`  
&4)PW\ioY  
4. 结果：衍射级次的重叠 ^K 9jJS9K  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 Ye^xV,U@  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 @&9<)1F  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 PWfd<Yf!  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) mXMU  
 光栅方程： w;
J#+ik  
a)6?:nY$  
u/wWD@,  
k9c`[M  
e`)zR'As  
5. 结果：光谱分辨率 Tc|+:Usy  
G {a;s-OA3  
kq(]7jU$[  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run dbF9%I@  
"IWL& cH3  
6. 结果：分辨钠的双波段 d ;,C[&  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 5p/.( |b,  
   s&DAO r!i  
#rp)Gc  
En0hjXa  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 u:,B&}j  
9A}y^=!`  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run P%<MQg|k`  
t3!~=U  
7. 总结 [&zSYmDk  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 _$oE'lat  
1. 仿真 lvUWs  
以光线追迹对单色仪核校。 '47E8PIJ|  
2. 研究 ,{Z!T5 |  
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。 /EL3Tt  
3. 应用 }c#W"y5l_  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 w" A{R  
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。 2F ~
SH  
扩展阅读 a JQ_V  
1. 扩展阅读 \JNWL y
w  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 'jKCAU5/0;  
2V$YZSw6q  
 开始视频 cOP%R_ak?  
- 光路图介绍 %y)LBSxf  
- 参数运行介绍 =':B  
- 参数优化介绍 _n4C~  
 其他测量系统示例： mf2Qu  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) }jg,[jw_"X  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Qaiqx"x3  
*bi;mQ  
5J3K3  
QQ：2987619807 x0xQFlGk  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习