[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) Q$B\)9`v[  
]tnf<5x  
应用示例简述 l.Y
q4qW  
.271at#-  
1.系统说明 Tg;1;XM%  
5_yu4{@;y  
 光源 rF:l
+I]  
— 平面波(单色)用作参考光源 _enS_R  
— 钠灯(具有钠的双重特性) -nL!#R{e  
 组件 [a2Q ^ab  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 FDQP|,  
 探测器 tT`{xM  
— 功率 *`WD/fG  
— 视觉评估 j}F;Bfq!  
 建模/设计 EjjW%"C,  
— 光线追迹：初始系统概览 j3$\+<m]  
— 几何场追迹+(GFT+)： !gX(Vh*k  
 窄带单色仪系统的仿真 QZ?%xN(4  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 loByT p ^  
}u&,;]  
2.系统说明 '1NZSiv+C?  
}Lc8
tj<  
.EXxNB]%Y&  
&3~_9+  
3.系统参数 \*i[m&3;q  
V=-hqo(  
Q!`  
mO0a: i!  
_WB*ArR  
4.建模/设计结果 Z-;I,\Y%  
Zf*DC~E_  
DMpNmF>  
`ZELw=kLL  
总结 m1{OaHxKh  
"}ZUa~7  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 eGE[4Z  
1. 仿真 (|t)MnPfY  
以光线追迹对单色仪核校。 skzTw66W.  
2. 研究 &|#z" E^-  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 -s,guW |  
3. 应用 9{Xh wi)z  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 LP:U6 Z  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 3uJ>:,~r  
=CGB}qU l0  
应用示例详细内容 nX\Q{R2  
系统参数 M7. fz"M  
K
sFkC=  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 LvbS")  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 6SVh6o@]  
oV,lEXz  
&8'QD~  
FTT=h0t  
2. 系统参数 kXY p.IVA  
P%_PG%O2p  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 Y>a2w zr  
q%\rj?U_  
T*v@hbJ  
%o4HCzId<  
3. 说明：平面波(参考) .In8!hjYy4  
n.tJ-l5[  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 r}~|,O3bc'  
kp>AZVk  
+8eW/Bs@2  
~h@<14c{X  
4. 说明：双线钠灯光源 f3M~2jbv'p  
hJasnY7  
q A?j-H  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 ^_o9%)RL(  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 w?Nx^)xX  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 BzyzOtBp3L  
#`Gh8n#  
!Q" 3B6 86  
S)~Riuy$  
5. 说明：抛物反射镜 Yh9fIRR
 
u[yUUYe  
_?J:Z*z?  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 6z>Zm1
h  
 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。 w7Y>B`wm?  
?>
 SH`\  
e
lw}(l<F  
o])2_e5  
&]euL:C  
N,Ys}qP  
6. 说明：闪耀光栅 +pMjm&CF  
`Q~`Eq?@  
8jxs%N,aI  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Kk t9M\  
 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 FdVWj 5 $a  
j@b18wZ  
i[x;k;m2q  
oP( Hkp,'  
qGgqAF#B  
4zw5?$YWO"  
7. Czerny-Turner 测量原理 ngC|BLT%h  
+ysP#uAA  
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。 KXy|Si8w  
h=Xr J  
{2,OK=XM|  
$xU5vCwAo  
q<` g  
8. 光栅衍射效率 i'}Z>g5D  
8LouCv(>  
T-L;iH~0  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 hc4W|Ofj  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 |K%nVcR=  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) ]\Tcy[5  
1]lm0bfs  
XCTee  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd |Skxa\MI  
&%/kPF~<  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Y)=89s&t  
WV'FW)%  
@'yD(ZMAz  
m+J3t@$  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 b1A8 -![  
L*VO2YI  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 1Lf:TQB  
@I '_  
@pKQ}?  
,&\uuD&.
@  
 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)。 _=.f+1W  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 nD$CY K  
?r,lgaw
 
应用示例详细内容 `<C/-Au  
yn[^!GuJ_  
仿真&结果 n0T'"i[  
wER>a (  
1. 结果：利用光线追迹分析 m-Uq6_e  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 fdD?"z  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ]B<Hrnn  
U[a;eOLx  
.cQ<F4)!tu  
9W{=6D86e  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd x"Hi!h)v  
L.[ H   
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ,4-)  e  
 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)。 Qn77ZpL:LJ  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， NY'sZTM&  
}'mBqn  
 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。 _U.D*f<3)  
3+<}Hm+  
/.<T^p@\&  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms z\,g %u41  
J>YwMl  
3. 衍射效率的评估 lEBt<  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 u6AReL'f  
jB*%nB*x  
S=>54!{`x  
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。 ;[]{O5TB  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd [<Wo7G1s  
4+od
N.  
4. 结果：衍射级次的重叠 coHzbD~#H  
 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。 (
KDUX t.  
 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)。 'b#`8k~>  
 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。 O!}TZfC  
 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) $!L'ZO1_r  
 光栅方程： fQ5VRpWGn  
O+Fu zCWj  
{$,e@nn  
]A:n]mL  
bb#F2r4  
5. 结果：光谱分辨率 A@BYd'}]  
oZxC.;xJ  
{(@M0?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run :?s~,G_*l  
_ cK"y2  
6. 结果：分辨钠的双波段 H3YFbR  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 05mjV6j7m  
   ?GPTJ#=j=]  
sr+* q6W  
0Zp) DM  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 RU3:[(7  
?(el6J}  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run
PG<tic<?  
"d60IM#N?  
7. 总结 <(dHh9$~  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 GsG.9nd  
1. 仿真 \kU0D  
以光线追迹对单色仪核校。 D<5;4Mb  
2. 研究 \jDD=ew  
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。  ")MjR1p  
3. 应用 i>YD_#w  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ?!=yp#  
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。 !63
p?Q=  
扩展阅读 =&RpW7]  
1. 扩展阅读 f]MKNX  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 YIv!\`^ \  
0b%"=J2/p.  
 开始视频 ~Rd,jfx  
- 光路图介绍 p R=FH#  
- 参数运行介绍 jj2 [Zh/h  
- 参数优化介绍 S)T]>Ash  
 其他测量系统示例： 6?I,sZW  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 8yEN)RqI  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) jnfktDV'  
kH'LG!O  
(- `h8M  
QQ：2987619807 A)9OkL
rc  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习