[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) '3B`4W,  
37'@,*m`  
应用示例简述 S\2QZ[u  
sr%tEKba)  
1.系统说明 W,~s0a!  
"5*n(S{ks  
 光源 pE(\q+1<  
— 平面波(单色)用作参考光源 'vKB]/e;  
— 钠灯(具有钠的双重特性) Q7oJ4rIP  
 组件 Kr $R"  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 !l!^`c  
 探测器 WJvD,VMz  
— 功率 b(wzn`Z%Et  
— 视觉评估 b6%T[B B  
 建模/设计 cn1CM'Ru  
— 光线追迹：初始系统概览 kgfOH.P  
— 几何场追迹+(GFT+)： csZIBi  
 窄带单色仪系统的仿真 #|'&%n|Z  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 [wB-e~  
Wlm%W>%  
2.系统说明 PGZ.\i  
!{5jP
|vo  
$r%m<Uc;}O  
fRKO> /OT  
3.系统参数 Oq~>P!=  
IgH[xwzy[  
Rt!G:hy7  
gbNPD*7g9  
(XYYbP  
4.建模/设计结果 3\FPW1$i|[  
n\k6UD  
Gw3eO&X3i  
h*2Q0GRX  
总结 AnVj '3  
Qo+_:N  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 )%p.v P'p  
1. 仿真 "-JJ6Bk  
以光线追迹对单色仪核校。 J0xOB;rd  
2. 研究 Isv@V.  
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。 F*QZVg+<*X  
3. 应用 | ZBv;BW  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 W,Q"?(+]B  
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。 D&_Ir>"\  
rqk1 F~j|  
应用示例详细内容 3c] oU1GfF  
系统参数 tK)E*!  
 TA;  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 =mV1
jGqX  
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。 sl^i%xJ|l'  
^44AE5TO  
hKv3;jcd  
VyK]:n<5Q  
2. 系统参数 lVY`^pw?  
KB+,}7  
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。 I12WOL q  
")kE1D%  
shjbb  
,^,
KWi9  
3. 说明：平面波(参考) lC&U9=
7W  
kSGFLP1FN  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 [O*5\&6  
"o&_
tB;O  
g(xuA^~J  
4L#q?]$  
4. 说明：双线钠灯光源 [?uiM^&  
i6wLM-.)  
I$sJ8\|gw'  
 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。 "3CQ0  
 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)。 %g7 !4  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 0eq="|n^|  

H%NP4pK  
s,>_kxuX  
9?<WRM3a>  
5. 说明：抛物反射镜 wN/d J  
v-2_#  
TR3_!0  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 KK"uSC  
 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。 V9Bi2\s*  
fiA_6  
VS0 &[bl  
KP" lz  
)s^D}I(  
"O1\]"j  
6. 说明：闪耀光栅 fsqK(io28  
zr%2oFeX,  
d`9%:2qE  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 3'WJx=0?  
 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 m~"<k d  
nDx}6}5)  
&rs+x<  
d*80eB9P  
dH"wYMNL  
SQ7Ws u>T@  
7. Czerny-Turner 测量原理 3u+A/  
%>^CD_[eO  
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。 xgV.<^  
${\iHg[vZ  
SYkLia(Ty  
sd|5oz)  
^hPREbD+f  
8. 光栅衍射效率 Y?Ph%i2E  
>t_5(K4  
`j+aAxJ=\  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。  ,r\  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 x=
(y  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) nojJGeW%  
-0[?6.(s"  
G3O`r8oZcJ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd <u>l#weG,  
1FC'DH!  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Cx(|ZD^  
82ay("ZY  
F)
dJws7-  
o%dKi]  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ;"/[gFD5u  
7,0^|P  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 .bcoH  
)`;Q]?D   
[Q(FBoI|  
QN`K|,}H^  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 GZY8%.1{"a  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ;MH((M/AN  
hKa<9>MI`  
应用示例详细内容 Mrpz(})  
6lW\-h`NG  
仿真&结果 F91uuSSL  
SMX70T!'9  
1. 结果：利用光线追迹分析 FvX<(8'#a  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 cE(P^;7D  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 >TZ 'V,  
i=Nq`BoQf  
(I(?oCQ  
@ol}~&"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd _:(RkS!x  
@)[Q6w
`x  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 }J=>nL'B  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 xi5G?r  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Udj
!y$?  
gumT"x .^  
 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。 =j,2  
k@[\C`P  
Tp vq5Cz  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms qUNK Dt  
j1[Ng #.  
3. 衍射效率的评估 pxf(C<
y6_  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 _p;>]0cc.  
r7dwj  
QT\||0V~p  
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。 clhmpu  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd EI+RF{IKh  
dJYsn+  
4. 结果：衍射级次的重叠 B{}<DP.  
 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。 .|XG0M
 
 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)。 S($8_u$U  
 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。 (
^_j,4  
 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) =@e3I)D#?i  
 光栅方程： !{u`}:\  
IKaa=r~  
SSr#MIS?
 
aMU0BS"  
FX
1[ 2\  
5. 结果：光谱分辨率 H$D),s gv  
kZb #k#  
RA];hQI?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run {J&[JA\  
-BV8,1  
6. 结果：分辨钠的双波段 0H9UM*O  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 T`ofj7$:  
   r`dQ<U,  
XRQz~Py  
a:v5(@8  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 9~7s*3zI  
;?h+8Z/{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run /Z~}dWI  
WilKC|R]P  
7. 总结 *F:)S"3_~e  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 T]_]{%z  
1. 仿真 4Tdp;n
\F  
以光线追迹对单色仪核校。 Uf}u`"$
F  
2. 研究 o=zr]vv  
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。 <%Al(Lm0  
3. 应用 !"d"3coQ?  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 634OH*6  
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。 #ETy#jKL  
扩展阅读 y2`},  
1. 扩展阅读 f>CJ1;][{  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 >%\&tS'  
[d?
tf  
 开始视频 7 /6Zp?  
- 光路图介绍 zJ*(G_H  
- 参数运行介绍 /R(]hmW  
- 参数优化介绍 B?nw([4m  
 其他测量系统示例： :L+%5Jq  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) iJU=98q  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) _ ?o>i/  
x DiGN Jc  
le|Rhs%Z%  
QQ：2987619807 \1ncr4  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习