[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) (>R  
(Ev=kO  
应用示例简述 i[#XYX'\  
'O+)[D  
1.系统说明 >* )fmfY  
_-R&A@  
 光源 H5)8TR3La  
— 平面波(单色)用作参考光源 ~x-v%x6  
— 钠灯(具有钠的双重特性) QB"Tlw(  
 组件 G &QGQ  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 wR%F>[6.{  
 探测器 us7t>EMmB  
— 功率 GpZ}xY'|w,  
— 视觉评估 u==`]\_@  
 建模/设计 )L0NX^jW;  
— 光线追迹：初始系统概览 nc[Kh8N9  
— 几何场追迹+(GFT+)： "|^-Yk\U  
 窄带单色仪系统的仿真 Q|7$SS6$  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 .ED8b5t|  
_wp_y-"  
2.系统说明 B4MrrW4=  
U^&,xz$Cg  
7@NV|Idtd  
'5r\o8RjN  
3.系统参数 M?ObK#l!_  
t[4V1:  
Ef]<0Tm]:  
v1VH&~e  
{~"fq.h!M  
4.建模/设计结果 Iy#=Nq=  
O\+b1+&b3Y  
M/J?$j  
F.cKg~E|e  
总结 s|[Cv
jL#0  
?_t_rF(?6  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 o6/"IIso3  
1. 仿真 A:4?Jd>  
以光线追迹对单色仪核校。 :%4N4| Q  
2. 研究 `Iqh\oY8-  
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。 BS|$-i5L  
3. 应用 '',g}WvRwe  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 $e, N5/O  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 I&wJK'GM`  
 &Sdf0"  
应用示例详细内容 H#/Hs#  
系统参数 W QqOXF  
qORL 7?{  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 WYm<_1  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 re)7h$f}  
V.-cm51I  
'>k1h.i  
,}:}"cl  
2. 系统参数 JI[{n~bhGD  
d<cqY<y VA  
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。 -A^o5s  
odTa2$O  
Tvl"KVGm  
EYRg,U&'  
3. 说明：平面波(参考) sH.,O9'r  
]NyN@9u@(  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 $U4[a:  
{_R{gpj'  
qH4+iSTnV  
`4-N@h  
4. 说明：双线钠灯光源 `b KJ  
<<PXh&wu0  
i<{:J -U|  
 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。 ~5o2jTNy`p  
 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)。 6F_:,b^  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 AfpC >>=@  
'Ll'8 ps  
.aQ8I1~  
*Ksk1T+>  
5. 说明：抛物反射镜 c"diNbm[  
v,!`A!{D  
"0Z5cQjg  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 YQ>O6:%  
 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。 ^fj30gw7\5  
a$3]`  
d*dPi^JjC  
#y f  
Tm2+/qO,  
uT>"(wnJ|  
6. 说明：闪耀光栅 (QS 0  
i3cMRcS;  

:Bi 4z(  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 1}~ZsrF  
 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 xYY^tZIV  
aF[#(PF  
BP@V:z  
q2U?EP{8~  
LRR)T: e}q  
kZ
=2#.  
7. Czerny-Turner 测量原理 iD<}r?
Z  
|S]T,`7u  
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。 'vV+Wu#[  
X/Ii}X/p  
MeYu  
n72kJ3u.  
5cb8=W-  
8. 光栅衍射效率 p)?6~\F:  
d.Q<!Au3  
<Ira~N  
 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。 Q$Rp?o&  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 m95] z18T'  
 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) r::0\{{r"p  
LfJMSscfv  
K1w:JA6(  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd dM-~Qo
 
hcz!f  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Rq`5ff3,  
j Y(|z*|  
U?ZWDr"*`w  
yH9&HFDp  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 j8%Y[:~D  
5lyHg{iqD  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 wRZS+^hx  
/]of@  
u $B24Cy.  
xEv?2n@A  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 a`zHx3Yg  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 1Beh&pl^  
X`fm5y  
应用示例详细内容 g1 =>u  
R,fAl"wMu  
仿真&结果 
^>^h|$  
8Un0<+b  
1. 结果：利用光线追迹分析 6!8uZ>u%Vg  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 \odns  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 `~\8fN  
R+2~%|{d  
KL*+gq0k  
79I"F'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd m
ex@~VK  
`6BQ6)7  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 |XMWi/p  
 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)。 b;nqhO[f}  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， bP,K
a  
KUC%Da3  
 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。 vQj{yJ\l1  
ff=RKKnN  
*?VB/yO=0  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms $ab{GxmX'4  
u$X =2u:P  
3. 衍射效率的评估 HZjuL.Tj  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 7PwH&rI  
k=G c#SD5_  
W@i|=xS?  
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。 )<Mo
.  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd m>?|*a,  
{:KPEN  
4. 结果：衍射级次的重叠 $`R=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。 gZ-:4G|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)。 na 0Zb  
 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。 [z6P]eC7  
 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) K92M9=>  
 光栅方程： ?A~=.u@[d  
# %'%LY=  
+n)
bWB%  
SR`A]EC(V  
r
rq7UJ;  
5. 结果：光谱分辨率 &Aym@G|k?  
AP8J28I  
54/ZGaonz  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run (cI@#x  
Cv/3-&5S  
6. 结果：分辨钠的双波段 /<dl"PWkJv  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 OAEa+V
 
   prB:
E[1  
Xn5LrLM&  
7HL23Vrk  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 1_StgFu u  
2vddx<&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 5HTY ~&C  
Z=<D`  
7. 总结 W)Y:2P<.  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 XhN?E-WywQ  
1. 仿真 E.-2 /'i  
以光线追迹对单色仪核校。 gKgdu($NJ  
2. 研究 sDu&9+  
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。 |uX&T`7?-  
3. 应用 ''k}3o.K[  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 U
o[`AzD3  
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。 VTi;y{  
扩展阅读 buWF6LFC  
1. 扩展阅读 ]eX(K5 A  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 PWfd<Yf!  
,S~A]uH'  
 开始视频 'b+ Tio  
- 光路图介绍 w;
J#+ik  
- 参数运行介绍 'C;KNc  
- 参数优化介绍 -qLNs_ _k  
 其他测量系统示例： k9c`[M  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 6'e 'UD  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) B*^QTJ  
v[a4d&P  
): r'IR  
QQ：2987619807 +!G)N~o  

楼上你有图中的仿真文件么

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