[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) sB~|V <  

762c`aP_(  
应用示例简述 ehpU`vQz  
rk E;OU  
1.系统说明 -eQ>3x&3r  
^uV=|1<%  
 光源 j5Cf\*B4J  
— 平面波(单色)用作参考光源 hy]8t1894  
— 钠灯(具有钠的双重特性) I(5sKU3<  
 组件 'PS_|zI  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 59@PY!c>  
 探测器 D;Bij=  
— 功率 J4woZ{d  
— 视觉评估 Ib&]1ger#=  
 建模/设计 (i1q".  
— 光线追迹：初始系统概览 ns&3Dh(IVP  
— 几何场追迹+(GFT+)： l^cz&k=+  
 窄带单色仪系统的仿真 Fd1t/B,  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 KHTRoXt  
K_Q-9j  
2.系统说明 L=_ 
  
~_]i'ii8  
w;wgh`ur  
`'vNHY  
3.系统参数 hN U.y
 
.gJv})Vi  
 r .`&z  
>4^,[IO/  
h`@z61UI  
4.建模/设计结果 8o  SL3  
MwHxn%  
i6FviZx  
tt03gU`  
总结 ;uhpo  
sDZ<XA  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 C9j3|]nyL  
1. 仿真 Njmb{L]Cps  
以光线追迹对单色仪核校。 aInh?-  
2. 研究 MFtC2*
 
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。 "MPr'3  
3. 应用 g@Z7f y7  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 KLpFW}  
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。 tE$oV  
*G"}m/j-  
应用示例详细内容
?58*#'r  
系统参数 U:fGIEz{ZY  
*?x[pqGq  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 b^'>XT~1J&  
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。 mcb|N_#n/  
A5IW[Gu!  
\GdsQAF"  
6#;u6@+}yy  
2. 系统参数 S#F%OIx  
l3Wh&*0  
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。 tpn.\z%  
>*1YL)DBT\  
APv& ^\oUH  
C5^9D  
3. 说明：平面波(参考) mNPz%B  
}Sh3AH/  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 [<JY[o=
 
0/JTbf. CX  
THcX.%ToT  
Z^t{m!v  
4. 说明：双线钠灯光源 av>Ff6w)Y  
'R nvQ""  
*lBX/O`=  
 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。 2Xqa?ay0>  
 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 a_(wBipy  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ;6q`c!p7  
-cB>; f)5r  
DoFF<LXBt  
'"9Wt@ .  
5. 说明：抛物反射镜 S.*.nv  
xsRu~'f  
9)S,c=z83  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 )rbcY0q  
 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。 la_FZ
 
T5+ (Fz  
K[[ 5H  
e[g.&*!  
xP5Z
-eL  
FJIo]p  
6. 说明：闪耀光栅 wT&P].5n  
RX,c4;  
nq*D91Q  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 hOr4C4  
 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
>$_@p(w  
Vb/XT{T;b  
{TC_ 4Y|8  
S!g0J}.z  
HC RmW'  
g*$yUt  
7. Czerny-Turner 测量原理 ?#J;\^  
o(Q='kK  
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。 AxiCpAS;J  
Yzih-$g  
0Rz",Mu>  
7s2e>6Q[  
JA "  
8. 光栅衍射效率 FfibR\dhY  
f4+}k GJN  
1*]@1DJ
t  
 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。 iYl{V']A  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 M%N_4j
.  
 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&O:Bt}x  
OYY_@'D  
e%v0EJ},  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd lKLb\F%  
V6tUijz  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 #yR@.&P  
7w5 L?,a  
H JjW  
~MZ.988:<  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 jrm L>0NZ  
@^K_>s9B  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Yf[GpSej  
W=?s-*F[~  
(0QYX[(r~o  
R\>=}7  
 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)。 Jk=d5B  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Fhbp,CX4p  
?KXgG'!!  
应用示例详细内容 82~ZPZG  
m;m4/z3U  
仿真&结果 Y)9]I6n7  
`yWWX.`  
1. 结果：利用光线追迹分析 H_+!.  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。  -TKQfd  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ^]
1M8R,  
=]hPX  
t?cO>4*|  
q NE(@at  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd gj<Y+Dv>  
rw]*Nxgr  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 '3V?M;3|K  
 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)。 ^g*2jH+  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， <P)0Yu  
`B71`  
 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。 h]#bPb  
"\u_gk{g  
8A3!XA  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms nLv"ON~  
xDTDfhA  
3. 衍射效率的评估 !mtX*;b(e  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 uZ7~E._  
hu''"/raM  

"N4rh<<  
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。 V;t8v\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd %b(non*  
@Zd/>'  
4. 结果：衍射级次的重叠 ILq"/S.  
 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。 ]@UJ 8hDy  
 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)。 tr$~INe  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 84$#!=v  
 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) ,c\3b)ax  
 光栅方程： ^qD@qJ  
7Yrp#u1!  
6Jf\}^4@k  
e.:SBXZ  
_N&]w*ce  
5. 结果：光谱分辨率 , ,=7deR  
_LUTIqlvi  
;wkoQ8FD9  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run auP6\kpMe  
h%T$m_  
6. 结果：分辨钠的双波段 t/9,JG  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 #`9D,+2iB%  
   rM?ox  
]rP'\a  
MGzuQrl{H  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 [$b\#{shtP  
y8.(filNB  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run BXf.^s{H  
>9v?p=  
7. 总结 (ON_(MN   
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 9O/l{  
1. 仿真 kTLA["<m  
以光线追迹对单色仪核校。 0G.y_<=  
2. 研究 _4VS.~}/R  
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。 ^YLpZoo  
3. 应用 0Tm"Zh?B|  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 u*NU MT2  
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。 5Se S^kJC  
扩展阅读 !Y3 *\  
1. 扩展阅读 4l~0LdYXKm  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 !hJ% :^ xL  
3)J0f+M>dv  
 开始视频 )@]Y1r4U  
- 光路图介绍  p|D-ez8  
- 参数运行介绍 ul',!js?  
- 参数优化介绍 /}Z0\,  
 其他测量系统示例： }m~2[5q%/  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) S}rW=hO  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) N8>;BHBV!  
ir4uy  
Z~-A*{u?  
QQ：2987619807 W_zAAIY_Y  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习