[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) svtqX-Vj"  
#X2wy$GTG  
应用示例简述 ahFK^ #s
 
}yw>d\] f  
1.系统说明 ha7mXGN%  
f6 s .xQ  
 光源 GU]kgwSfi  
— 平面波(单色)用作参考光源 >96+s)T%;  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ua,!kyS  
 组件 PW\me7iCz  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 t+D= @"BZP  
 探测器 1p=bpJC  
— 功率 ??lsv(v-  
— 视觉评估 bmJdZD7-<k  
 建模/设计 B qLL]%F  
— 光线追迹：初始系统概览 *:ErZ UyQM  
— 几何场追迹+(GFT+)： 2Sk"S/4}Z  
 窄带单色仪系统的仿真 5..YC=_20  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 35L\  
yT[=!M  
2.系统说明 plpb4> S  
>ByqM{?  
s"p\-Z  
H-mQ{K^  
3.系统参数 &"7+k5O  
\["I.gQ  
dV
Z~n4  
wCu!dxT|,  
D[)_ f  
4.建模/设计结果 a'r1or4  
00@F?|-j  
E6M*o+Y  
8,(--A  
总结 ZD4aT1|Q7  
204"\mv  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 &P"13]^@  
1. 仿真 u"m TS&  
以光线追迹对单色仪核校。 Z[>fFg~N4  
2. 研究 (p]S  
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。 }<&?t;  
3. 应用 QL*RzFAD3  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 /IF?|71,m  
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。 DuLl"w\_@  
{ft |*  
应用示例详细内容 j8aH*K-l{  
系统参数 /:"^,i\t  
5sNN:m  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 + R~!G  
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。 ;aD?BD__Z  
\S&OAe/b  
RxNLn/?d@  
Cq'{%  
2. 系统参数 F{rC{5@fj  
o-JB,^TE  
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。 yXqC  
'K01"`#  
<PM.4B@  
<j/wK]d*/  
3. 说明：平面波(参考) ?*ZQ:jH  
3Tp8t6*nL  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Y0J:c?,  
\v$z
U  
kUfbB#.5L  
sB$"mJ  
4. 说明：双线钠灯光源 [j0jAl  
6']G HDK  
O+/{[9s  
 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。 *{5/" H5  
 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)。 A/"2a55  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 RC
oDdtMo  
$yq76  
g"kET]KP"  
/I{K_G@  
5. 说明：抛物反射镜 f2&6NC;  
R%q:].  
yu&muCA  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 s^4wn:*$zd  
 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。 d|)ARRW  
X*w;6 V  
rixVIfVF  
OW@"j;6 3`  
+XW1,ly~  
(`4&Y-  
6. 说明：闪耀光栅 E7hs+Mh  
1ox#hQBoS  
O(v>\MV  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 i_QiE2d  
 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 "]Uj _d  
/>pAZa  
:>Qu;Z1P  
IXlk1tHN4I  
Bj9FSKiH  
[2>zaag  
7. Czerny-Turner 测量原理 _a|g >  
2(Yg',aMY-  
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。 &4#%xg
 
9_.pLLx  
Xwjm T  
dw!Xt@,[g{  
r`.Bj0  
8. 光栅衍射效率
;!lwB  
s{{8!Q  
)EQI>1_  
 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。 VUP. \Vry  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 E:
+r.r"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) .I
VKgQ B  
j9GKz1
 
|1/8m/2Af.  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd vILB$%I  
.F2"tt?'  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 9`5.0**  
v6|[p  
59v=\; UI  
"Mv^S
'?>  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 -*hPEgcV9  
[+#k+*1*o  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ?iEn~9WCS  
2 e#"JZ=  
SG&H^V8  
ygX!'evY  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 ;-l^X%r  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 o1b.a*SZ  
|2=w":2#  
应用示例详细内容 qu]a+cYY  
3RxR'M1  
仿真&结果 TDy)A2Z  
Y5B!*+h  
1. 结果：利用光线追迹分析 SB5qm?pT8<  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 odJE~\\hw  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Zm|il9y4m  
1=E}X5  
~k?
t  
G&MO(r}B  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd n<HF]  
s|Vs#o.P)  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 NwQ$gDgu t  
 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)。 7lJ8<EP9 u  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 1rU\ !GfR  
NNTrH\SU#  
 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。 SrOv* D3  
JHVndK4L  
{!{T,_ J  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms HM"(cB(n`  
rq1~%S  
3. 衍射效率的评估 6& hiW]Adm  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 8{{^pW?x  
<5CQ#^cK  
8^^ehaxy  
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。 gh"_,ZhZt  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd zJ ;]z0O  
sk~7"v{Y.  
4. 结果：衍射级次的重叠 E)X_  
 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。 XuZgyt"=r  
 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)。 /
BF7N3  
 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。 9c1q:>|  
 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) (5[#?_~  
 光栅方程： YY'[PXP$Y  
3=UufI  
6Q+VW_~  
R_Bf JD.  
BCd0X. m(  
5. 结果：光谱分辨率 ?o/p}6  
N5k9o:2  
q?L*Luu+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run F0r5$Pl*  
HBk5p>&  
6. 结果：分辨钠的双波段 AO5a  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 @OHNz!Lj:d  
   dPgA~~  
2Y=Q%  
HDu|KW$o1  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 lb"T'}q  
.Dr7YquW  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run )_kEy>YscZ  
*t={9h  
7. 总结 e+@.n  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 AJzm/,
H  
1. 仿真 R~N%sn  
以光线追迹对单色仪核校。 do%.KIk  
2. 研究 'XSHl?+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。 7FP"]\x  
3. 应用 )%!X,  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 mj9]M?]  
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。 %U1HvmyK  
扩展阅读 >g[Wnzf  
1. 扩展阅读 -**fT?n  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 UB%;P-RD  
8R;E
+B{  
 开始视频 ({!*&DVu  
- 光路图介绍 q93V'[)F  
- 参数运行介绍 >>=v`}  
- 参数优化介绍 E 6!V0D  
 其他测量系统示例： b1ZHfe:  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) <)
@^TRS  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) zH@+\#M  
{Z[kvXf"mZ  
23q2u6.F`  
QQ：2987619807 L+)mZb&  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习