[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) Ogp"u b8  
jH6&q
~#  
应用示例简述 "kA*Vc#  
fhCc! \  
1.系统说明 oy;K_9\  
=dx1/4bZl|  
 光源 > z^#  
— 平面波(单色)用作参考光源 >B>CB3U  
— 钠灯(具有钠的双重特性) CQpC
S_M  
 组件 # (- Qx  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 a<h1\ `H7  
 探测器 N72Yq)(  
— 功率 +z$pg  
— 视觉评估 "t0kAG  
 建模/设计 3S&U!  
— 光线追迹：初始系统概览 Tdc3_<1  
— 几何场追迹+(GFT+)： mB\C
?=_  
 窄带单色仪系统的仿真 .%82P(  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 X~xd/M=9^  
`~W-Xx  
2.系统说明 SnYLdwgl  
8Mbeg ,P  
E[^ {w  
gp-T"l  
3.系统参数 ~QZ"Z tu  
UG<79"\i  
C-?!S  
 PTS]7  
8j4z{+'TQ  
4.建模/设计结果 @+WQ ^  
w\19[U
3  
)$Z=t-q  
@EoZI~  
总结 E~kG2x{a  
^xZ e2@  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 3.)b4T  
1. 仿真 nJbbzQ,e  
以光线追迹对单色仪核校。 Ea(,aVlj  
2. 研究 5p +ZD7jK  
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。 YQ0)5}  
3. 应用 &,.Y9; b  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 S{K0.<,E  
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。 \`w4|T  
')N{wSM9Ft  
应用示例详细内容 wP/A^Rs  
系统参数 99EXo+g  
jp+_@S>  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 K]xa/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。 vsj3  
5ZY)nelc  
Ap$y%6  
Y+qQIMZ  
2. 系统参数 .6~`Ubr}E  
OD=!&LM  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 m~'? /!!  
_Zc%z@}  
,Os? f:Y6  
W~Z<1[  
3. 说明：平面波(参考) HWm#t./  
{5|(
"0[F  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 |*mL1#bB  
:3$}^uzIq  
rbZ[!LA  
aV1lJ;0  
4. 说明：双线钠灯光源 p#K
W$OQ]8  
H7[6yh  
90xk$3(
 
 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。 ]h9!ei [  
 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)。 jw ,izxia  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 a8AYcEb  
>`jU`bR@  
19q{6X`x  
De_CF8  
5. 说明：抛物反射镜 rx:z#"?I  
mceG!@t  
rbqo"g`  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 4l8BQz}sb  
 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。
Vc3mp;6"  
y/c%+Ca/  
Pgp {$ID  
rp7W }P+uU  
4FMAz^  
gBk5wk_j|  
6. 说明：闪耀光栅 <f~Fl^^8  
VK3it3FI>3  
O''y>N9  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 AAUyy :  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 "'Z- UV  
eXl=i-'  
FnHi(S|A  
C+NF9N  
vs&8wbS)  
&GWkq>  
7. Czerny-Turner 测量原理 uM(UO,X  
%zo= K}u  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 _2vd`k  
~9$X3.+  
5 ZfP  
qI3NkVA'C  
p D=w>"  
8. 光栅衍射效率 z"F*\xa  
#NRh\Wj|  
99iUO
w c  
 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。 b*,
3< 9  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 oYM,8 K  
 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) RM*f|j  
v+1i=s2$  
t"s5\;IJ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ^~L}<]  
_`a&9i &  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 XY+y}D %  
2>hz_o{5',  
(xyS7q]m  
keqcV23k  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 %c6E-4b  
0-2"FdeQU  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 2Ji+{,?,  
P -Fg^tl  
_dU P7H (  
5JFV%odo  
 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)。 Rs$5PdH  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 t;#Gmo  
BgRZ<B`  
应用示例详细内容 W8aU"_  
M$&>5n7  
仿真&结果 Q;26V4  
XizPMN5a  
1. 结果：利用光线追迹分析 kR6A3?[  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ESDB[ O+`x  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。
v$$]Gv(  
m)f|:MM  

wRVD_?  
(@]tG?I=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Hq xK\m%,.  
[b`6v`x  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 %2yAvG
a1  
 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)。 elbG\qXBp  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， &`@M8-m#F  
yDtOpM8<{  
 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。 exphe+b  
*]{=8zc2  
k|#Zy,  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ?~)Ak`=  
R`Qpd3  
3. 衍射效率的评估 R$xY8+}V  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 BW71 s  
t:9 ZCu ay  
FaWl,}]  
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。 v>at/ef  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 3'@&c?Fye  
$-w5o`e  
4. 结果：衍射级次的重叠 [
.U^Wrd  
 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。 t F/nah  
 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)。 &"AQ;%&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。 {8ECNQ[]  
 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)
9Dq.lr^  
 光栅方程： D-iUN  
m0Z7N5v)  
>a9l>9fyY  
!Mil?^  
Dqr9Vv  
5. 结果：光谱分辨率 NUu;tjt:  
%Qd3BZ  
Bbs5f@E  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run YZ*{^'  
cUC17z2D  
6. 结果：分辨钠的双波段 =kO@Gk?  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 X X&K=<,Ja  
   acP ;(t  
"GLYyC  
}s6G!v^2""  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 H%~Q?4  
&oc_a1R  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run @tQ2E}psP,  
*2#FRA#q  
7. 总结 '^B3pR:  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 :}y| 4*z  
1. 仿真 2MT_#r_  
以光线追迹对单色仪核校。 X{'wWWZC  
2. 研究 (n}%a6M  
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。 @e={Wy+Vm(  
3. 应用 LK %K0o  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 !?n50  
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。 ,W8au"  
扩展阅读 X{s/``n  
1. 扩展阅读 J5-rp|  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 $~TfL{$  
taixBNv  
 开始视频 Q_v\1"c  
- 光路图介绍 gb9[Meg'  
- 参数运行介绍 oc=tI@W  
- 参数优化介绍 !4L#$VG  
 其他测量系统示例： w@2~`<Hk'"  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) w2@"PGR  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) LEA;dSf  
@F~0p5I  
GA7u5D"0  
QQ：2987619807 f{f_g8f[
 

楼上你有图中的仿真文件么

想学习