[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) KDAZG+u+  
mhnK{M @56  
应用示例简述 K@=_&A!  
`{@?O%UB  
1.系统说明 J}&xS<  
03y
5$kQ  
 光源 JA?P jo  
— 平面波(单色)用作参考光源 %$(*.o!+8  
— 钠灯(具有钠的双重特性) h,Tsb:Q"M  
 组件 0>?78QL9<  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 9y"\]G77E  
 探测器 SR1UO'.  
— 功率 |)R{(AK-  
— 视觉评估 OY#=s!] M  
 建模/设计 P^bcc
 
— 光线追迹：初始系统概览 y$pT5X G  
— 几何场追迹+(GFT+)： L}U fd >*  
 窄带单色仪系统的仿真
Kd,7x'h`E  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 !TuMrA*  
iu.+bX|b  
2.系统说明 &AlX).  
ZTSNM)f  
KbF,jm5  
:~]ha  
3.系统参数 yn5yQ;  
4qEe
N-6h  
,U/ZG|=v  
A ptzBs/  
Mi"dFx^Md  
4.建模/设计结果 '=vD!6=0@  
iY1JU-S  
H23-%+*J  
sHulaX{  
总结 /\M3O  
9y"*H2$#  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Rm!Iv&{  
1. 仿真 6<<i
hm+  
以光线追迹对单色仪核校。 h"G#} C]  
2. 研究 6muZE1sn  
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。 vL7JzSU_  
3. 应用 <$'OSN`!  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 5rpTR  
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。 NrdbXPHceN  
aE(j_`L78  
应用示例详细内容 E5G=Kh[NP  
系统参数 lf\]^yM #  
BHw/~Hd4  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 @(:M?AO9S.  
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。 X4U$#uI{  
u%vq<|~-  
jn9KQe\3  
{1V~`1(w  
2. 系统参数 -HU5E>xG  
KfsURTZ  
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。 #;6YADk2_  
=FXZcP>h  
ZV
j/lOP X  
J!,<NlP0K  
3. 说明：平面波(参考) C-abc+/  
%P2GQS-N  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 {WJ+6!v  
@e_ bG
@  
gZe(aGh  
c} GH|i  
4. 说明：双线钠灯光源 WBgS9qiB  
Z!P7mH\c}  
$Aw"?&d"  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 emo@&6*  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 +KV`+zic+  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 3%G>TB  
_>8ZL)NQQ  
i[_WO2  
c|%.
B2  
5. 说明：抛物反射镜 6;g"`l51  
Y9)
uy 8c  
B'OUT2cgB  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 OsMU>v }m  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 mjDaus59  
xn'&TQo0  
mX9amS&B$  
r(W=1e'  
@-9I<)Z/2  
0yhC_mI  
6. 说明：闪耀光栅 o.ntzN  
/G`'9cD  
6px(]QU  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 82.::J'e  
 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 Lj"@JF;c  
Wm{Lg0Nr  
[=[>1<L>  
 x w8 e  
2 5DXJb^:  
YL_M=h>P  
7. Czerny-Turner 测量原理 '%.
:97  
);o2eV  
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。 LD]a!e
Y  
hSQuML   
7JvBzD42  
a\60QlAk~  
+>b~nK>M
 
8. 光栅衍射效率 j\kT H  
)YE3n-~7{  
+ niz(]  
 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。 LO8`qq*rq  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 c]SXcA;Pmv  
 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) 5eP8nn.D  
{O ]^8#v^  
\$.8iTr@  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd J?]wA1
 
J:<mq5[  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 >yr:L{{D}G  
N~rA/B]T  
cR'l\iv+  
vS#Y,H:yAj  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 LhN?j5XqM  
(_h=|VjK(I  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 q~esxp  
.dA_}  
*3.K; Ic;  
>Q5et1c  
 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)。 g=)B+SY'  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 &PQhJ#YG  
K/xn4N_UX  
应用示例详细内容 0&M~lJ  
&8p]yo2zO  
仿真&结果 w ]8+ OP  
Iw)}YZmn  
1. 结果：利用光线追迹分析 H7{)"P]{f  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ''t\J^+&  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 .|\}]
O`  
k }amSsE  
/e/%mo  
3K;V3pJ].  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Y~E 8z
 
J,iS<lV_  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 tx` Z?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)。 Y-yozt  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， F9ytU>zh  
7:[u.cd  
 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。 (G1KMy  
O0Z!*Hy  
)RUx  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms n["G ry  
'80mhrEutG  
3. 衍射效率的评估 pc/x&VY%  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 >m:;.vVY  
k)j6rU  
RSfB9)3D  
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。 qLjLfJJ2  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ()'yY^   
_*l+ze[a  
4. 结果：衍射级次的重叠 ! 3 ;;6  
 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。 #%9t-  
 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)。 PJfADB7Y  
 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
.q3  
 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) B4 k5IS  
 光栅方程： uSsP'qd  
v[Mh[CyB  
ahh&h1q7|  
oV/:T\Qn=  
;B^ 9sr  
5. 结果：光谱分辨率 SO|!x}GfI  
q1^bH6*fl  
dDg[ry  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run wiFA3_\G  
*P01 yW0  
6. 结果：分辨钠的双波段 MZrLLnl6\  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 uVth&4dh9  
   gB_gjn\  
uQ
hI)  
PIHix{YR  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 sB@9L L]&|  
+B '<0  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run \? n<UsI  
$6l^::U  
7. 总结 ).32Im!;#R  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Od("tLIO}I  
1. 仿真 j'uzjs[  
以光线追迹对单色仪核校。 ]."t  
2. 研究 &W8fEQwa  
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。 *b4W+E  
3. 应用 R
Rb>]oD  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Fy*t[>  
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。 GU0[K#%  
扩展阅读 
:@b=;  
1. 扩展阅读 %N#A1   
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 l3Qt_I)L  
rDWwu'  
 开始视频  \4j(el  
- 光路图介绍 ;S9 z@`a.  
- 参数运行介绍 /[qLf:rGI  
- 参数优化介绍 TVZf@U  
 其他测量系统示例： hg7_ZjO  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) YJ!jdE}  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) *x/H   

(GoxiX l  
OI,F,4e  
QQ：2987619807 s-4qK(ml-  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习