[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) {xTq5`&gT  
#p(gB)o:l  
应用示例简述 y[ dBmTY  
p'h'Cz  
1.系统说明 ,%9XG077
 
_BewaI;w  
 光源 S\:^#Yi`  
— 平面波(单色)用作参考光源 1ubu~6  
— 钠灯(具有钠的双重特性) E22o-nI?1  
 组件 |Rfj 0+  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 WESD^FK  
 探测器 V(&L  
— 功率 /]U$OP*0  
— 视觉评估 5sY
$  
 建模/设计 eHgr"f*7   
— 光线追迹：初始系统概览 ?IGp?R^j"  
— 几何场追迹+(GFT+)： #&|"t<}  
 窄带单色仪系统的仿真 |ty&}'6C  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 NN4Z:6W5  
45JL{YRN  
2.系统说明 s$#64"F  
J*zzjtY( 1  
j e\!0{  
6{+yAsI  
3.系统参数 85E$m'0O  
:qo[@x{  
;<FAcR  
KGgtEh|  
{-5)nS^_  
4.建模/设计结果 ?AFb&  
li
*S^uSF  
MD[hqshoh  
=Z+^n ?"  
总结 ?nc:bC  
/O[6PG  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 &kb~N-  
1. 仿真 %B@NW2ZQ[  
以光线追迹对单色仪核校。 ROkwjw  
2. 研究 'dj3y/ k%  
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。 I"x'  
3. 应用 )>ff"| X  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 aqSOC(jU  
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。 1EV bGe%b  
L\4rvZa  
应用示例详细内容 ;<i u*a  
系统参数 !{l% 3'2  
?w/p9j#  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 gV]4R"/  
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。 O<vBuD2  
Qh@Q6  
EeYL~ORdi  
WoXAOj%iW  
2. 系统参数 g+o$&'
\  
8$-MUF,  
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。 *A9v8$  
HK[%'OQ  
^$oa`B^2JM  
S\Z*7j3;M  
3. 说明：平面波(参考) 8fQ~UcT$  
C6gSj1  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 jZIT[HM  
M.
H!dZ  
wQ(DX!   
)nHMXZ>Td  
4. 说明：双线钠灯光源 7b1 yF,N  
w(HVC  
Ow-ejo  
 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。 Yh]a4l0  
 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)。 %>K(IRpMW  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 `pbCPa{Y  
"0!#De  
D?ic~-&  
{ZUk!o>m@  
5. 说明：抛物反射镜 nIH(2j  
@IL@|Srs8  
,GWa3.&.d  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 <w&'E6mU  
 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。 9{u/|,rq1  
xpa+R^D5G  
@%g:'^/  
<2*+Y|Lk2  
kXV  
C=c&.-Nb9  
6. 说明：闪耀光栅 #NT~GhWFf  
T72Li"00  
y2%[/L:u~  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 >$}Mr%49  
 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 <!dZ=9^^1  
5@.8O
VPz  
MeD/)T{G~  

nkq{_;xp  
?z`yNx6  
-0(+a$P7e  
7. Czerny-Turner 测量原理 '1!%yKc0  
mmFcch$Jv  
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。 GF9iK|i/  
bIt{kzuQC  
H"+|n2E^  
P,S!Z&!  
0lt1/PEKx2  
8. 光栅衍射效率 d;%~\+)x4  
5UL5C:3R9  
Xj?LU7  
 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。 fk^DkV^<  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 =]Y'xzJuu  
 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) +L?;g pVE&  
&hpznIN  
cmf*BkS  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd I2{zy|&  
eJOo~HIWQ  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 L#vk77  
L-W*h  
#SLiv  
8QFRX'i  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 >taT V_,  
cCtd\/ \  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Wbmqf s  
N*w{NB7L  
4>=Y@z  
n-9X<t|*?a  
 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)。 +],2smd@N  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 -J!k|GK#MX  
blV'-Al  
应用示例详细内容 Y$q--JA  
/4BYH?*  
仿真&结果 Ky7-6$  
K!jau|FS  
1. 结果：利用光线追迹分析 M>Ws}Y
 
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 5tbi};  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 9LEU
j  
imS&N.*3m  
%]D
J-7 xE  
+DT)7koA  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd b|Ed@C  
9hwn,=Vh)  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 h1_KZ[X  
 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)。 () HIcu*i  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， \U`rF  
a67NWH  
 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。 9T;l*  
ET]`  
`_e1LEH  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms EJrQ9"x&n  
S1$&
 
3. 衍射效率的评估 *O-si%@]
  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 7^8<[8  
k3"Y!Uha:  
D #twS  
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。 my3W[3#  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd {,m W7  
T;I>5aQ:q4  
4. 结果：衍射级次的重叠 EEp,Z`  
 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。 a_(vpD
^  
 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)。 Jqi^Z*PuX  
 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。 :] +D+[c)  
 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) D(S^g+rd  
 光栅方程： b_0Xi  
@xtfm.}  
8
BJ&"y8H  
4~{q=-]V  
|N>TPK&Xt  
5. 结果：光谱分辨率 1@0ZP~LTB  
C}GOwvAL>  
=:=uV0jX\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run X6@G)68  
 bR5+({yH  
6. 结果：分辨钠的双波段 AA,n.;zy<  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 }"'l8t0?  
   V`"A|Y  
Y;XEC;PXD  
fL&bN[XA"$  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 %,*{hhfu  
co%ttH\ n  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run {^ ^)bf|1'  
D@>^_cTO24  
7. 总结 .qBf`T;  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 HI30-$9  
1. 仿真 1e#}+i!a  
以光线追迹对单色仪核校。 *<_8]C0>  
2. 研究 *7o(  
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。 &De&ZypU  
3. 应用 oUBn:Ir@  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 beYaQz/@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。 *G#W],~0  
扩展阅读 "V;M,/Q|  
1. 扩展阅读 q>*+.~  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。  + >oA@z  
!8U\GR `  
 开始视频 q~=]_PMP  
- 光路图介绍 #}W^d^-5t5  
- 参数运行介绍 Iw$7f kq  
- 参数优化介绍 y
ZsC>  
 其他测量系统示例： Q_F8u!qrZ  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Hb;#aXHSd  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) $;dSM<r  
AVA hS}*t  
+idj,J|  
QQ：2987619807 viT/$7`AI  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习