[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) DKne'3pH  
g,}_G3[j0m  
应用示例简述 Px$/ _`H  
]4~lYuI4  
1.系统说明 'd.EC#  
eb.O#Y  
 光源 aEM%R<e  
— 平面波(单色)用作参考光源 ' qWALu  
— 钠灯(具有钠的双重特性) uZc`jNc\  
 组件 .P;*Dws  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 f%Ns[S~r  
 探测器 Ey_" ~OB  
— 功率 #1`-*.u  
— 视觉评估 *FC=X)_&W  
 建模/设计 L%BNz3:Dt  
— 光线追迹：初始系统概览 v\!Be[ ?  
— 几何场追迹+(GFT+)： fF?z|  
 窄带单色仪系统的仿真 =4[v3Qx  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 )>.&N[
v  
,$+lFv3LE  
2.系统说明 xgpi-l  
vI2^tX9  
(^@ra$.  
bLe<G  
3.系统参数 :z4)5= 6M  
L[^9E'L$  
U'8bdsF_  
7B
b9t  
1y-y6q  
4.建模/设计结果 K<pV  
L!rw[x  
86(I^=  
My<snmr2d  
总结 K%"5ImM  
LNrX;{ Z  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 F{EnOr`,m=  
1. 仿真 3|1ilP  
以光线追迹对单色仪核校。 Q?3Gk%T0[  
2. 研究 |p><'Q%*  
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。 6b+b/>G0  
3. 应用 ]Bm/eRy"  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性
^~G8?]w  
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。 "iU}]e0  
jgbLN/_{  
应用示例详细内容 _{r=.W+w  
系统参数 %%NlTE8*  
c/zJv*}x?  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 hJDi7P  
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。 W.dt:_  
!'mq ?C=  
MKy[hT:  
c.
,2GwW  
2. 系统参数 ?\$#L^;b}  
#tZ4N7  
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。 >)spqu]  
jJuW-(/4[
 
g{8,Wx,,  
"Jt.lL ]5  
3. 说明：平面波(参考) iTag+G4*  
QS{1CC9$  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 r9 ui|>U"  
0BH_'ZW  
Z$0uH*h  
|`lzfe  
4. 说明：双线钠灯光源 t: #6sF  
o3I Tr';  
EGZb7:Y?  
 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。 dgA-MQ5{  
 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)。 0TGLM#{  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 XVKfl3'%  
E_8\f_%wK  
6`v7c!7  
NR -!VJQ  
5. 说明：抛物反射镜 :E>HE,1b+  
CAcS~ "  

e'0{?B  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 e XfZ5(na  
 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。 5dB'&8DX  
ai nG6Y<O`  
%n h
m  
5m9*85Ib  
)yTm.F  
d/bEt&  
6. 说明：闪耀光栅 qe!fk?T}  
o(S{VGi,  
yil[gPy4B  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 h\nI!{A0  
 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 \T<$9aNb  
VUhbD  
wi4=OU1L)a  
GDD '[;  
\ gLHi~  
4\6N~P86  
7. Czerny-Turner 测量原理 'B@e8S)y  
DwrO JIy  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 :cGt#d6  
cG?cUw).E  
,4ei2`wV  
Eh|]i;G%  
Kt"BE j  
8. 光栅衍射效率 GKoK7qH\J  
w
9o^s5n  
" t7M3i_  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 {W]=~*w  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 'A:x/iv}^  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) z}{afEb  
M-;4  
^_
kJKM,  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd nzmDA6d  
hWKJ,r%9;  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 55;g1o}}f  
wlEdt1G  
~M\I;8ne  
I(
'Un@hS  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 @DZB9DDR  
WHlYo5?  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 =e8bNg  
%/YcL6o(  
Ur5FC r  
Op>%?W8/UF  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 Tp0b
S  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 glDh([  
,:`ND28V7  
应用示例详细内容 kiRa+w:  
KID,|K  
仿真&结果 b*FC\:\  
N
D5`Q"k   
1. 结果：利用光线追迹分析 %s&ChM?8F  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 H6&J;yT}  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 i| ZceX/  
r" K':O6y  
cZ<A0  
n_B"-n  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd HgBGV0  
wN2QK6Oc  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 v$=QA:!U  
 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)。 > ]8a3x  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Y& F=t/U2  
P|HKn,ar  
 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。 JXw^/Y$  
gl]E_%tH  
aDehqP6vf  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms J7v|vjI  
:Dd$i_3=  
3. 衍射效率的评估 5r?m&28X  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 XfKo A0  
11,!XD*"  
8HZs>l  
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。 P<Zh XN'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd rvyrxw%[  
Uz7^1.-g4  
4. 结果：衍射级次的重叠 4<x'ocKlD  
 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。 -_<}$9lz  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 >/#KI~}'N  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 & u!\<\  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) &EM\CjKv"  
 光栅方程： 7c;9$j  
,&d@O>$E:  
/5#rADOS  
?\#N9+{W  
wP57Pf0  
5. 结果：光谱分辨率 o=RM-tR`v  
m] W5+  
E( h<$w8s  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run }/,HM9Ke  
RI
D]pek  
6. 结果：分辨钠的双波段 5"/J^"!h  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 :aG#~-Q  
   z`Hy'{1  
@m?QR(LJ  
suH&jE$x  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 l?iSxqdT  
^T.E+2=>z  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Q.Aw2  
0I{
gJSK.,  
7. 总结 E0/mSm"(T  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 0A:n0[V:]  
1. 仿真 s!9dQ.  
以光线追迹对单色仪核校。 WO6/X/#8b  
2. 研究 Q`#4W3-,  
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。 \j2;4O?`  
3. 应用 J>^\oAgpE  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 TM8=U-A  
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。 }dxDtqb  
扩展阅读 ^ZM0c>ev=l  
1. 扩展阅读 p7ir*r/2  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 O'GG Ti]e  
{u[V{XIUh  
 开始视频 Jd,)a#<j  
- 光路图介绍 3@n>*7/E  
- 参数运行介绍 v_S4hz6w\  
- 参数优化介绍 JjXobNQf  
 其他测量系统示例： 3jogD  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) K\^ 0_F K  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 7DKz;o  
@=5qT]%U3J  
I5AO?BzJ  
QQ：2987619807 ~dHM4lGY  

楼上你有图中的仿真文件么

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