[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) y6*9, CF  
N4JJA+  
应用示例简述 qz .{[l  
93aRWEu3  
1.系统说明 IyfhVk?  
)Kw Gb&l&  
 光源 @!UuK;  
— 平面波(单色)用作参考光源 hkhk,bhI  
— 钠灯(具有钠的双重特性) <:rbK9MIl  
 组件 D|`I"N[<  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 L(bYG0ZI5C  
 探测器 +hJ@w-u,G  
— 功率 d/fg  
— 视觉评估 )_\ZUem  
 建模/设计 vl{G;[6  
— 光线追迹：初始系统概览 0A}'@N@G)  
— 几何场追迹+(GFT+)： 5#|f:M]Bo|  
 窄带单色仪系统的仿真 )S;pYVVAl  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 CQ`$' oy?W  
Q,.[y"m9Y.  
2.系统说明 YF]W<ZpY  
srbU}u3VZ  
,1}c% C*,Q  
aOj(=s  
3.系统参数 1I{^]]qw  
># {,(8\  
eB$S d  
d'4^c,d  
R*v~jR/   
4.建模/设计结果 *Z+8L*k97  
'DB4po.   
zO)>(E?  
o:E_k#Fi  
总结 >8pmClVvmR  
mr`Lxy9e  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 @213KmB.  
1. 仿真 Kn WjP21  
以光线追迹对单色仪核校。 %,l+
?fF  
2. 研究 3M;[.b  
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。 8hTtBa  
3. 应用 ,}("es\b  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 k3-'!dW<  
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。 ?f\;z<e|  
Mn-f  
应用示例详细内容 `W3;LTPEb  
系统参数 O3?3XB> <  
3Ishe
"  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 1@ e22\  
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。 @E(_H$|E  
bJ[{[|yEd  
A,tmy',d"  
'Xl_,;W]  
2. 系统参数 '8auj  
q`l&G%  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 dSD7(s!  
mSw$? >  
6D[m}/?Uy  
d)G'y  
3. 说明：平面波(参考) y>:-6)pv  
J 8/]&Ow  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 F,t ,Ja  
X3C"A|HE9  
c.-/e u^|  
^-s'Ad3  
4. 说明：双线钠灯光源 -~nU&$ccL  
?w{lC,  
XZ@;Tyn0,  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 ?s4-2g  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 uR|?5DK  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 &P+7U
m(  
nUAoPE  
C%s+o0b  
*Q?
ZJS~  
5. 说明：抛物反射镜 bB|UQaCl  
N5 BC<pu  
NVEjUt/  
 利用抛物面反射镜以避免球差。  E*[dc  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 hXsd12  
RUJkfi=$  
I~LN)hqdo  
rJ LlDKP-(  
$T\W'WR>  
]0`*gKA  
6. 说明：闪耀光栅 ,o$F~KPu  
H4s^&--  
K[tQ>C@s2  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。  oCE=!75  
 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 TO&ohATp  
nz72w_  
p.{M sn  
3;M7^DM  
k)Y}X)\36  
V$y6=Q<c  
7. Czerny-Turner 测量原理 ao4"=
My*G  
!N\<QRb\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。 1 &24:&  
==zt)s.G(+  
8>T#sO?+  
^/nj2"  
/RVy?)hVT#  
8. 光栅衍射效率 BMubN   
iD*%' #u  
!Zowe*`
 
 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。 M^q< qS>d  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 RMinZ}/  
 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) ]} D^?g^  
=mVWfFL  
Gv ';  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ,2t|(V*"&  
nWfzwXP>_  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 CSKOtqKQ)  
k|C~q
e3E  
kJQH{n+)R  
1M1
|Wp  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 vbt0G-%Z  
 H7`JqS  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 //
/
  
<z'Pj7c[  
X8}m %  
?*oBevUnCY  
 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)。 U46qpb7  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ?;GbK2\bj  
Mh=yIx</  
应用示例详细内容 7 XNZEi9o  
^}w@&Bje  
仿真&结果 .OyzM  
Abw=x4d(i  
1. 结果：利用光线追迹分析 ^Z |WD!>`  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ?\Bm>p%+  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Sg&0a$  
VQ R E]  
r,43 gg  
x/S:)z%X  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd N9dx^+\  
ngt?9i;N  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ;i'mma_!  
 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)。 Y5ZBP?P  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， [g/ &%n0^  
~D0e\Q(A  
 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。 g1H$wU3eu  
c]/X >8;  
0Yk$f1g  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms T5_/*`F  
\H4$9lPk  
3. 衍射效率的评估 j5:/Gl8  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。
8C=8Wjm  
gWIb"l  
oWLv-{08  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 f q&(&(|  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd =c;.cW  
adn2&7
H  
4. 结果：衍射级次的重叠 iu iVr$E  
 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。 0K(&EpVE  
 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)。 8b:GyC5L  
 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。 ZK4d;oa",  
 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!x7oD9  
 光栅方程： v
;nnr0;  
3kavzB[  
NydF'N_1  
em9nuXG  
Gm[XnUR7V  
5. 结果：光谱分辨率 bMB@${i}  
> ofWHl[-  
7n[0)XR>  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run K*P:FC
z  
y-uSpW  
6. 结果：分辨钠的双波段 ]Jnrs  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 !8*7{7  
   .1:B\R((  
&<EixDi4q  
Z4dl'v)9  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 7;a  
-VvN1G6.x?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 0D/7X9xg9+  
/<k]mY cu  
7. 总结 t]hfq~Ft  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 #s{EIj~YR_  
1. 仿真 ;NF:98  
以光线追迹对单色仪核校。 [$@EQ]tt/  
2. 研究 ))6YOc  
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。 SNC)c
q+{  
3. 应用 F{E`MK~f_  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 qG3MyK%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。 i.gagb   
扩展阅读 %GGSd0 g  
1. 扩展阅读 X2`n&JE  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 !$p E=~1C  
 63VgQ  
 开始视频 PnH5[4&k  
- 光路图介绍 "}b/[U@>  
- 参数运行介绍 w3M F62:  
- 参数优化介绍 P:UR:y([  
 其他测量系统示例： ++BQ==@  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 7 b{y  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) A3|X`X  
D2f~*!vEnA  
k/i&e~! \  
QQ：2987619807 s
W&h?jdf  

楼上你有图中的仿真文件么

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