[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) tAI<[M@  
d".Xp4}f  
应用示例简述 7K 8t
z}  
tX<. Ud  
1.系统说明 C EzTErn  
F8c^M</  
 光源 ;;A8TcE '  
— 平面波(单色)用作参考光源 %\if
nIQ  
— 钠灯(具有钠的双重特性) MJ=(rp=YU9  
 组件 7$z]oVbO'  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 p41TSALq  
 探测器 )A@i2I  
— 功率 ODggGB`H`  
— 视觉评估 ,?'":T1[  
 建模/设计  QB/H  
— 光线追迹：初始系统概览 i9QL}d  
— 几何场追迹+(GFT+)： ]*M VVzF  
 窄带单色仪系统的仿真 #>]o'KQx  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 c]u^0X?&  
STr&"9c  
2.系统说明 ,KfBG<3
 
vE}>PEfA  
;Q1/53Y<  
<b5J"i&m  
3.系统参数 /^m3?q[a  
YH:murJMZ  
'Q^P#<<  
X-Yy1"6m1  
e>OYJd0s  
4.建模/设计结果 K}r@O"6*\  
g[#4`Q<.  
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71iM  
x]6wiV  
总结 `T-lBwH  
~O;'],#Co  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ^:(:P9h  
1. 仿真 tn"n~;Bh?:  
以光线追迹对单色仪核校。 -C>q,mDJZ  
2. 研究 bG'"l qn  
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。 0Rme}&$  
3. 应用 8,5H^Bi  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 w b@Zna  
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。 .y)Y20=o!  
M)<4|x  
应用示例详细内容 >z,SN  
系统参数 A#WvN>  
S~Z`?qHWh  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 &3o[^_Ti  
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。 W@T_-pTCjK  
5UTIGla  
6G6B!x  
ZjOUk;H
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2. 系统参数 zRz7*o&l  
RfZZqeU  
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。 _6"YWR  
8.g(&F  
)=PmHUd  
0Xke2
6ga  
3. 说明：平面波(参考) LK?V`J5wY  
-9L[eYn  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 WX2w7O'R  
r=`]L-}V  
t!u{sr{j=  
UImd*;2TE  
4. 说明：双线钠灯光源 NY& |
:F  
LHS^[}x^1  
<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。 y{`aM(&  
 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)。 WN_i-A1G/h  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 _i-
(`5  
E>|xv#:~DV  
_kJ?mTk  
M<sY_<z  
5. 说明：抛物反射镜 YXBU9T{r  
Za&.sg3RG  
B F,rZZL  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 +(*;F4>  
 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。 v)TFpV6b{p  
2u> [[U1:  
tSZd0G<A<o  
fuwv,[
m  
"(U%Vg|)  
xD(RjL+  
6. 说明：闪耀光栅 ,IODV`L  
+yh-HYo`  
Vd'KN2Jm  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 UT^-!L LB]  
 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 |.s#m^"  
K?4/x4p@  
Dn}Wsd=  
e2onR~Cf  
0UHX Li47Y  
77:s=)   
7. Czerny-Turner 测量原理 nhUL{ER  
oQkY@)3.w  
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。 F$;vPAxbK"  
1o;*`  
D>YbL0K>X~  
p PF]&:&-b  
0>E0}AvkT  
8. 光栅衍射效率 Ww }qK|D  
 h,D6MP  
s`bC?wr5h  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 xyoh B#'W  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 [~ Wiy3n  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) Fe4QWB6\U  
&SzLEbU!  
T%Vg0Y)P;  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd wR"4slY_%  
E rf$WPA  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 " -Ie  
R/yOy^<  
sF/X#GG-  
+dkbt%7M  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 A5lP%&tu(  
bEXm@-ou  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Wgh4DhAW  
<Wn"_Ud=  
gAx8r-` `  
i>Cxi ZT  
 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)。 S+i .@N.^  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ^GXy:S$  
a=55bEn  
应用示例详细内容 xr2ew%&o  
u#+p6%?k  
仿真&结果 [":[\D'  
^UF]%qqOn  
1. 结果：利用光线追迹分析 IZm_/  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 )8c`o  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 6zQ {Y"0  
I6]|dA3G  
!lSxBr[dQ  
;|2h&8yX(/  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 2u[:3K-@,  
nP9@yI*7  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 mGQgy[gX  
 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)。 BO5g
wvyI  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， G-U%  
+[ _)i9a  
 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。 iA~b[20&  
Dm@wTt8N(  
*&j)"hX  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms LhZWK^!{S  
&`a$n2ycy  
3. 衍射效率的评估 \WM*2&  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 :!a9|Fh~  
{&Kq/sRz  
TQ?D*&  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 )OqN\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 4#5w^  
Fj9/@pe1  
4. 结果：衍射级次的重叠 p}KZ#"Q  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 _tR%7%3*  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 &jgpeFiiC  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 YyX/:1 sg>  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) '676\2.  
 光栅方程： l`2X'sw[/  
eNlE]W,=  
6 ^X$;  
Sf}>~z2  
{xw*H<"f<  
5. 结果：光谱分辨率 D[)")xiG  
V1KWi^  
47_4`rzy;  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run dbkccO}WB  
$]CZ]EWts  
6. 结果：分辨钠的双波段 DBl.bgf  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Xj^6ZJc  
   L<>;E  
#&.&Uu$  
'Y+AU#1~H  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 Wh%qvV6]  
y D.S"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run v{ .-x\;  
09"C&X~  
7. 总结 R@``MC0  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 /)SwQgK#  
1. 仿真 B&0^3iKFi  
以光线追迹对单色仪核校。 :X[(ymWNE  
2. 研究 ze Qgg|;  
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。 p(MhDS\J  
3. 应用 C #ng`7 q  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 E|D~:M%~  
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。 Nt#zr]Fz  
扩展阅读 P
Y: l  
1. 扩展阅读 cgsM]2ZYs  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 n.C.th >Y1  
wKhuUZj{  
 开始视频 OiX>^_iDt  
- 光路图介绍 #Nxk3He]8  
- 参数运行介绍 [7?K9r\#  
- 参数优化介绍 1oaiA/bq  
 其他测量系统示例： vm)&WEL!  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) *L8Pj`zR  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) nMD^x  
SF61rm  
k,M%/AXd  
QQ：2987619807 Pze$QBNoRd  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习