[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) ul!e!^qwx  
<#%kmYSL  
应用示例简述 $s,A
z_bs  
l1uv]t <  
1.系统说明 c)B <
d#  
dR@XwEpP  
 光源 \F5d p  
— 平面波(单色)用作参考光源 ;/s##7qf  
— 钠灯(具有钠的双重特性) FL?Ndy"I  
 组件 'eDV-cB  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 \s^4f#  
 探测器 <S@XK%  
— 功率 @?CEi#-  
— 视觉评估 =?oYEO7  
 建模/设计 %XiF7<A&  
— 光线追迹：初始系统概览 m$!Ex}2  
— 几何场追迹+(GFT+)： *DS>#x@3*i  
 窄带单色仪系统的仿真 OkfnxknZ|  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 C]GW u~QF  
7rSads  
2.系统说明 q
)QM+4  
JK9 J;c#T  
ipH'}~=ID  
7j~}M(s
"  
3.系统参数 LnlDCbF;!  
e{E8_2d  
CEl9/"0s6  
&)Z]nNVb  
CEEAyip-c  
4.建模/设计结果 {}DoRpq=  
rPXy(d1<`S  
J[{?Y'RUM  
W`gzMx  
总结 (y!V0iy]  
}y&tF'qG  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 C<yjGtVD  
1. 仿真 #2*6esP  
以光线追迹对单色仪核校。 l,@rB+u
 
2. 研究 kH"
>(f  
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。 Xn #v!  
3. 应用 45U!\mG  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 =niT]xf  
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。 gvCQ![  
~Hb2-V  
应用示例详细内容 7x//4G   
系统参数 Y |'}VU  
2!Sl!x+i\'  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 o%)38T*n3  
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。 GB8>R  
X6G2$|  
4"d'iY  
"fOxS\er  
2. 系统参数 d$#DXLA\P  
7;3;8Q FX  
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。 ~jDf,a2  
1dl(`=^X  
UJ7{FN=@t  
%[WOQ.Sh  
3. 说明：平面波(参考) Yc2dq e>  
6)[gF1  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 HC(7,3  
mJ
JF  
JN>h:  
~U+W4%f8  
4. 说明：双线钠灯光源 q:<vl^<j  
!~fy".|x  
0@/C5 v  
 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。 (g3@3.Kk)  
 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)。 ,?(U4pzX  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 g66x;2Q  
^k5#{?I  
v%E~sX&CG  
M~Ph/  
5. 说明：抛物反射镜 "5b4fQ;x  
n0%5mTUN  
>?|c>HGX  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ]:}x 4O#  
 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。 Rg%Xy`gS  
a,eJO??  
5Mz6/&`  
:@#6]W  
,iMdv+  
[Y-3C47  
6. 说明：闪耀光栅 eZMfn$McJv  
8Az|SJ<  
gP
cOm b  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ]/{iIS_  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 D8\9nHUD`  
i#:M2&twE  
Ls
/*&u  
v{pW/Fu~  
d-'BT(@:  
YYF.0G}  
7. Czerny-Turner 测量原理 BDT"wy8  
DA^!aJ6iF  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 Iwe  
Ib2n Bg>j  
oq[r+E-]$@  
n*rXj{Kt  
u-@;Q<v$  
8. 光栅衍射效率 @BMuov  
.\mkgAlyaM  
bwe)_<c  
 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+{yv  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 _71&".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) :4[_&]H  
}%`f%/  
SS!b`  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd jKb4d9aX  
UL]zuW/  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Qb8Z+7  
=kjD ]+l  
g"v6UZ\  
L b-xc]  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 58t~? 2E  
*0x!C8*`Xe  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 @T] G5|\ok  
uTNy{RBD+  
dpcU`$kt  
RmJ|g<  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 Uj^Y\w-@Z  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 7ea%mg\  
#6mr'e1  
应用示例详细内容 i4lB]k  
NL&![;  
仿真&结果 11RqP:zg  
85BB{T;  
1. 结果：利用光线追迹分析 `a5,5}7v%`  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 oF_ '<\ly=  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 =yZ6$ hK  
{EJ+   
lcXo
>  
O)c3Lm-w  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd p~OX1RBI  
>N"=10  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 7>f)pfLM  
 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)。 ,qj M1xkL$  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， .F3~eas  
kH?PEA! \  
 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。 FpZ5@  
vdd>\r)v  
.J?RaH{i  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 7pM&))
R  
74
a k|(!  
3. 衍射效率的评估 :=\`P  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 2]}e4@{  
2=$ F*B>9  
|-xKH.'n  
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。 U04)XfO;]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 3v3`d+;&  
dTqL[?wH?  
4. 结果：衍射级次的重叠 Si68_]:^  
 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。 (I;lE*>  
 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)。 -^t&U] g  
 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。 o3HS|  
 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) !L)yI#i4C  
 光栅方程： m Gx{Vpt  
i}@5<&J  
ceAefKdb  
W=4|ahk$  
v1$}JX  
5. 结果：光谱分辨率 tDt
qTB}  
zKGr(9I  
 /UtSZ(  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run n +dRAIqB  
*}Rd%'  
6. 结果：分辨钠的双波段 :AyZe7:(D  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 aZCxyoh+  
   Fl++rUT  
|`Be(  
S9 @*g3  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 wD SSgk  
e r"gPW  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run wV'_{/WM  
P7!gUxcv9Y  
7. 总结 ~
TjTd  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 u43-\=1$T  
1. 仿真 !%QbE[Kl>  
以光线追迹对单色仪核校。 cyWDtq  
2. 研究 \8`^QgV`@  
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。 bjFND]p?w  
3. 应用 ~AR0,lak  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 o+?Ko=vYw  
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。 BF U#FE)s  
扩展阅读 h|ja67VG  
1. 扩展阅读 !&o>zU.  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 `;&=m, W'  
hYh~[Kr^@^  
 开始视频 ]v.Yt/&C{  
- 光路图介绍 sJ|IW0Mr  
- 参数运行介绍 *'R2Lo<C  
- 参数优化介绍 k_1oj[O  
 其他测量系统示例： #b{;)C fL  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 0vM,2:kf*  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) bc\?y2 3  
^7C,GaDsn  
2^&5D,}
0  
QQ：2987619807 yj
9Ad*.  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习