[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) 9_,f)2)~W  
rZcSG(d`53  
应用示例简述 W amOg0  
X/90S2=P  
1.系统说明 0xO*8aKT  
M_-L#FHX  
 光源 eB=&(ZT  
— 平面波(单色)用作参考光源 <pjxJ<1l  
— 钠灯(具有钠的双重特性) cI
G7Q"4  
 组件 (vX<Bh  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 U djYRf
k  
 探测器 kU=U u>  
— 功率 IGT9}24  
— 视觉评估 q mv0LU  
 建模/设计 h_+  
— 光线追迹：初始系统概览 nxx/26{  
— 几何场追迹+(GFT+)： !lo /L  
 窄带单色仪系统的仿真 ?FjnG_Uz`D  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 y22DBB8  
kP^A~ZO.  
2.系统说明 ;gSRpTS:  
>C!^%e;m  
Hk@Gkx_  
ah_>:x  
3.系统参数 m4m|?  
%2\tly!{ %  
EwU)(UK  
MpGG}J[y  
xE]y*\  
4.建模/设计结果 '6WS<@%}  
\!BVf@>p%  
 7gZ}Qy  
YURMXbj  
总结 Z b$]9(RS  
;RX u}pd  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 +egwZ$5I  
1. 仿真 m%apGp'=1  
以光线追迹对单色仪核校。 6hv.;n};  
2. 研究 g#^MO]pY  
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。 zBTW&  
3. 应用 3\Q9>>  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 qy)~
OBY  
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。 mfaU_Vo&  
_p+E(i 9  
应用示例详细内容 %)?jaE}[  
系统参数 kaB4[u  
X~c?C-fV  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 .#$2,"8  
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。 FX|&o>S(8  
c$71~|-[  
3B 'j?+A  
3^~J;U!3  
2. 系统参数 _"L6mcI6  
0 }od Q#  
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。 ],S {?!'1  
I4?oBq  
0V(}Zj>  
Wu'qp
J  
3. 说明：平面波(参考) _UP
fqC ?  
~"#HHaBO#  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ;%^=V#
  
H(K PU1lDw  
y^`JWs,  
|?2fq&2  
4. 说明：双线钠灯光源 m 0vW<  
CssE8p>"F  
*|dK1'Xr  
 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。 =(D"(OsQ/  
 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)。 u"*DI=pwb  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 Z9+fTT  
A8*zB=C  
1VlU'qY  
v#/Gxk9eX  
5. 说明：抛物反射镜 62qjU<Z
 
_7<{+Zzm  
pF8 #H~  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ~
~h#2SX  
 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。 3S7"P$q  
UWvVYdy7  
,_RNZ sa;&  
)B0%"0?`8  
Coe/4!$M  
m\0_1 #(  
6. 说明：闪耀光栅 uoI7' :Nv  
e@W+ehx"  
qrlC U4  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 r9})~>   
 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 ebQ
gk Y=  

V)>?[  
-m%`Di!E  
OpEH4X.Z  

Y-a   
h7UNmwj  
7. Czerny-Turner 测量原理 gE#'Zv{7  
MkPQ@s
o  
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。 ;: 2U}p^-  
h&$h<zL[  
=,#--1R7g  
YiDOV)  
lbBWOx/|  
8. 光栅衍射效率 $0E+8xE  
QH9t |l  
sE6>JaH  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。
F^NK"<tW  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 SscB&{f  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) c Rq2 re  
x1.S+:  
p/HDG ^T:u  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd !ka* rd  
rQ
VX^  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 1 &9|~">{C  
_xp8*2~-  
w31Ox1>s  
9_?
xAJ  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Z,.Hz\y1D  
^!&6=rb  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 E=p+z"Ui  
\:WWrY8&  
Dp ](?Yr  
PC#^L$cg}  
 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)。 IT_I.5*A2  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Go)$LC0Mi  
9qB0F_xl  
应用示例详细内容 I4X9RYB6c  
T$xBH  
仿真&结果 l4oyF|oJTH  
J, 9NVw$  
1. 结果：利用光线追迹分析 ~P1~:AT  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 VI&x1C  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 6QX m]<  
E^axLp>(I  
J+u}uN@  

6st  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd v3I^81  
e"nm<&  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 FPDTw8" B;  
 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)。 $oK&k
}Q  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Fm
L]|~  
x;n3 Zr;(  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 g"!(@]L!@  
N T`S)P*?  
~|V^IJZ22  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Wh)D_  
h+FM?ct6}  
3. 衍射效率的评估 f2i:I1 p("  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 M3pE$KT0x  
o}OY,P  
E#B-JLMGl  
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。 Y^eN}@]?&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd %=^/^[D  
@Jzk2,rI  
4. 结果：衍射级次的重叠 ]:|
B).  
 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。 P0m3IH)  
 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)。 e5|
lz.o;  
 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。 Jj"{C]  
 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) $5R2QNg n  
 光栅方程： Y}:~6`-jj  
Z}J5sifr  
<+roY"  
b2m={q(s  
EhcJE;S)  
5. 结果：光谱分辨率 Y2u\~.;oq  
y6XOq>  
%71i&T F  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run #S}orWj  
53HA6:Q[  
6. 结果：分辨钠的双波段 i(}PrA  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 =@HS  
   a+w2cN'  
_fHC+lwN  
No^gKh24  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 Nd~B$venh  
yqT!A  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run V(MYReaPC]  
,i2-  
7. 总结 7'G;ijx  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 8tj]@
GE  
1. 仿真 T ozx0??)  
以光线追迹对单色仪核校。 0a~t  
2. 研究 jm}CrqU  
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。 ;8sL  
3. 应用 B~p%pTS+  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 &."$kfA+  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 aZFpt/.d  
扩展阅读 *WwM"NFHDd  
1. 扩展阅读 I|Oco?Q"  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 #-/W?kD  
Q_5l.M/9]  
 开始视频 cS ~OxAS  
- 光路图介绍 ^/f~\#R  
- 参数运行介绍 380`>"D  
- 参数优化介绍 3JnpI,By  
 其他测量系统示例： K@JZ$  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) d)o5JD/  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) \T
QZZ_Z  
Q+:y  
VoU8I ~  
QQ：2987619807 5\mRH  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习