[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) F;,LY:s|Z  
iB=v >8l%  
应用示例简述 `LID*uD;_  
P)$q  
1.系统说明 9/x_p;bI  
a'pJg<  
 光源 9uL="z$\  
— 平面波(单色)用作参考光源 ;0!rq^JG  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 82bOiN15  
 组件 JG=U@I]  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 aAX(M=3  
 探测器 NgXV|)L  
— 功率 'Oe}Ja  
— 视觉评估 (VxWa#P  
 建模/设计 %wD<\ XRM  
— 光线追迹：初始系统概览 MCcWRbE5#  
— 几何场追迹+(GFT+)： kr
oO~(\  
 窄带单色仪系统的仿真 x$
'0}vnT  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 gqi|k6V/  
\?X'U:  
2.系统说明 lN-[2vT<  
8eVQnp*  
]ZjydQjo)  
c!{]Z_d\  
3.系统参数 F/qx2E$*wo  
u9 yXHf  
34$qV{Y%y  
<hO|:LX  
?\l@k(w4[x  
4.建模/设计结果 %HNe"7gk  
*A,
h^  
Rf~? u)h1  
@zHTKi`  
总结 BP7&wd  
4X5Tyv(Dp  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 iB:](Md'r  
1. 仿真 Ao:<aX,=  
以光线追迹对单色仪核校。 ^?5[M^  
2. 研究 nDhD"rc  
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。 C6XZZ  
3. 应用 xfE:r:  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 pd[?TyVK;  
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。 9Xu O\+z  
;U^7]JO;  
应用示例详细内容 \Q5Jg  
系统参数 V_SZp8  
e"sz jY~V  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 QF7iU@%-  
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。 Y;L
,}/[  
yE\dv)(<  
@\=%M^bx  
A;4O,p@  
2. 系统参数 wd/"! A4(  
l9%oKJ;  
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。 k3/V$*i,1b  
"t{|e6   
jNIZ!/K  
)i;o\UU  
3. 说明：平面波(参考) /kAu&}  
3+%c*}KC~  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 .!\NM&E  
fFHT`"bD:  
tWNz:V  
M]+FTz  
4. 说明：双线钠灯光源 t/=xY'7  
%Q}T9%Mtj  
O%(E 6 n  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 Wa8?o~0"L  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 O=HT3gp&  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 }538vFNi  
;n9r;$!f  
oWZbfR9R  
b
Gl5=`  
5. 说明：抛物反射镜 y8$TU;  
j&G*$/lTO6  
J&xH"U  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 k0=$mmmPY  
 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。 @q?zh'@;  
Btmv{'T_y@  
`g;`yJX<  
-m&8SN  
]"3(UKx  
e7j30Iy  
6. 说明：闪耀光栅 $6ZO V/0  
p~T)Af<(  
#gw ys  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 qc*z`Wz:  
 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 ;OlC^\e  
7PDz ]i  
 $)5F3a|  
{%S>!RA  
H+]>*^'8  
s uT#k3  
7. Czerny-Turner 测量原理 
qL6Rs  
/$7_*4e  
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。 ~*|0yPFg  
A=7  [^I2  
7I/  
-?A,N,nnX  
g4BEo'  
8. 光栅衍射效率 edt(Zzk@3-  
.c[v /SB]  
Y7{9C*>  
 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。 &></l| hY  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 1D42+
cy  
 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) /7$3RV(  
FbMX?T"yH  
GW_@hYIqD  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd :nuMakZZ  
By|y:  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 O
Y'490  
IK%fX/tDyc  
:%M[|Fj  
J?\z{ ;qa  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 D8otUDB{  
l@ +]XyLj  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 5B[kZ?>  
-5Qsc/s&  
#]ZOi`;  
gDP\u<2!  
 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)。 S!0ocS!t  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 O`nrXC{  
%Lec\(-4L  
应用示例详细内容 i"}%ib*X  
$?^#G8J  
仿真&结果 7/.-dfEK  
V+/Vk1  
1. 结果：利用光线追迹分析 sK~d{)+T  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 b?#k  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 |fXwH>'sw  
'H0b1t1S%  
KmoPFlw  
Fg8i} >w  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 8iTX}$t\{  
>b>3M'  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 \`N%77A  
 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)。 >;S/$  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， a}3sG_(Y  
"Jw6.q+  
 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。 ]| oh1q  
JO:40V?op  
2.=3:q!H<%  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms U88-K1G  
#t /.fd  
3. 衍射效率的评估 30 VvZb  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 >W,1s  
Ds|/\cI$%a  
&P>wIbE  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 @q9uU9c  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd L1"y5HJ  
.d:sQ\k~=  
4. 结果：衍射级次的重叠 )--v>*,V  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 %C*oy$.  
 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)。 y0vo-)E]-]  
 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。 >#z*gCO5,  
 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) K8y/U(@|D  
 光栅方程： IS0RhtGy/  
uX*H2"A  
zR2'xE*  
5?),6o);  
)>q.!
"B  
5. 结果：光谱分辨率 6 flc  
(KaP=t}  
* ";A~XNx  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run D'e'xU  
~
g$Pb[V  
6. 结果：分辨钠的双波段 #z{9:o7[-  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 *h Ph01  
   I^'kt[P'FZ  
<7TE[M'  
is`Eqcj`dr  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 |,F/_   
gCAWRNp  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run n|F$qV_p\  
TCJH^gDt  
7. 总结 z5Hz-.  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 1,fjdd8OM;  
1. 仿真  c#+JG  
以光线追迹对单色仪核校。 `As
.1@  
2. 研究 R*I{?+  
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。 &Mbpv)V8  
3. 应用 -p =b5L  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Hs<vCL \  
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。 b`
E'MX_ m  
扩展阅读 az3rK4g  
1. 扩展阅读 6bCC6G  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 o|G.t
BpKg  
1lu_<?O  
 开始视频 c,;-[s
n  
- 光路图介绍 ZK4/o  
- 参数运行介绍 Q}ho Y  
- 参数优化介绍 ?}y?e}y*xZ  
 其他测量系统示例： dL5u-<y&  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) (</cu$w>H)  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) h0`@yo  
8E{<t}  
|)QE+|?P  
QQ：2987619807 ,6?L.L  

楼上你有图中的仿真文件么

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