[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) n%GlOKC  
WxwSb`U|  
应用示例简述 [ aC7  
FrXFm+8 F  
1.系统说明 =8FV&|fP  
l+g\xUP  
 光源 t:y} 7un  
— 平面波(单色)用作参考光源 ,
Yx"3i,  
— 钠灯(具有钠的双重特性) xDv5'IGBb  
 组件 I{#&!h>]U  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 {hYH4a&Hb  
 探测器 3>LyEXOW  
— 功率 ]XX9.Xh=-  
— 视觉评估 78a!@T1#  
 建模/设计 .u[hK  
— 光线追迹：初始系统概览 m]LR4V6k|  
— 几何场追迹+(GFT+)： uFxhr2 <z  
 窄带单色仪系统的仿真 m2&"}bI{  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 mY[s2t  
3u]#Ra~5  
2.系统说明 i$MYR @  
m=;0N
Ls4  
':al4m"  
qbu>YTj  
3.系统参数 2(SK}<X
 
?1%/G<  
_m3}0q  
/B>p.%M[&  
(Uk1Rt*h  
4.建模/设计结果 !=%E&e]  
UG)J4ZX  
|.kYomJ   
Q.SLiI  
总结 b'i-/l$  
(S~|hk^  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 y k=o  
1. 仿真 GJlkEWs  
以光线追迹对单色仪核校。 }~gBnq_DDU  
2. 研究 L0ZgxG3:g  
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。 ~~J xw ]  
3. 应用 UuDT=_1Sh  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 |a!AgvNF  
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。 _"BYnPq@wb  
fAx7_}k/ m  
应用示例详细内容 aDJ\%  
系统参数 c;\}R#  
M9mC\Iz[  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 3@u<
Sa  
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。 jpND"`Q  
@WcK<Qho  
n<Vq@=9AE  
'2`MT-  
2. 系统参数 K(*QhKX  
["FC  
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。 &V.ps1  
I'"b3]DXG  
w h4WII  
45cMG~]p  
3. 说明：平面波(参考) jVh I`F{n  
7MX nt5qUh  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Xy_ <Yqx}  
iTb k]$  

` oBlv  
P(z#Wk  
4. 说明：双线钠灯光源 We^!(G  
YyI4T/0s_  
^1d"Rqtv  
 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。 6.]x@=Wm  
 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)。 T<!&6,N A  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 I]S8:w![  
Q/e$Ttt4J  
Z1V%pg>]*  
^:JZ.r  
5. 说明：抛物反射镜 ~N</;{}fL4  
KEfn$\
 
YXD6G
JWo  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 L2v j)(  
 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。 h/9{E:ML  
_)4YxmK%  
*0y|0J+0  
@S3G>i  
x50,4J%J'r  
C %l!"s^  
6. 说明：闪耀光栅 :5/P{Co(  
rh;@|/<l  
|T53m;D  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 nF0V`O\T  
 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 kYxb@Zn=|  
qPgLSZv  
 T~I5W=y  
{Vz.| a[T  
CTu#KJ?j  
:*GLLjS;  
7. Czerny-Turner 测量原理 J\iyc,M<M  
fJ!i%</V  
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。 ~T<yp  
'qRK6}"T  
Mx,QgYSu  
0>#or$:6E  
0Xmp)_vba  
8. 光栅衍射效率 rDNz<{evj  
"*o54z5"  
vfG4PJ 6  
 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。 E}U[VtaC  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 &m=Xg(G~c  
 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) esCm`?qCP  
xpo<1Sr>S  
klC;fm2C  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd
b-}nv`9C  
|1d;0*HIgX  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 a`.]
8Jy)  
S4RvWTtQV  
0i}4T:J@`  
w_30g6tA  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 /]=dPb%  
g?V>+oMx  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 (eS/Q%ZGK  
K-Bf=7F,  
b2;+a(  
 SJY<#_b  
 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)。 Ux_tHyc/  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 fFD:E} >5  
D[.; H)V  
应用示例详细内容 .k5 TQt  
+^% y&8e  
仿真&结果 [t55Kz*cD  

i_OoR"J%  
1. 结果：利用光线追迹分析 9z9z
:PU  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 s^KUe%am0  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 m=&j2~<i  
0RY{y n3  
i3I'n*  
zNT~-  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ~YO-GX(  
X+;
F5b9z  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 V$u~}]z  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 Q+/:5Z C  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， [9f TN2'z  
=w HU*mK  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 )/FB73!  
Vx_lI #3  
55xv+|k  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms D*+uH;ws  
a p-\R  
3. 衍射效率的评估 Y%9S4be  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 n*-t =DF  
hQ&S*f&='  
TQm x$  
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。 `6V-a_8;[  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd CC1\0$ /  
Xv3u}nPMq  
4. 结果：衍射级次的重叠 ,]@K6  
 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。 Gv[W)+3f  
 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)。 ?(GMe>  
 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。 QjETu  
 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) fq/F|c  
 光栅方程： =jdO2MgSg*  
IdTeue  
EqzS={Olj  
a5WVDh,cR  
24{!j[,q@  
5. 结果：光谱分辨率 V-a/%
_D  
.{D[!Dp#h  
?&Si P-G  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run @`2<^-r\  
jI@0jxF  
6. 结果：分辨钠的双波段 3#R~>c2  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 "~x\bSY  
   #.p^S0\pw  
3/8o)9f.  
,Iq+v  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 u2K{3+r`'  
~rEU83  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run NL&(/72V  
q@;WXHO0  
7. 总结 |33pf7o  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 8}Rwf?B  
1. 仿真 >XP]NY}Po[  
以光线追迹对单色仪核校。 P\;lH"9  
2. 研究 Nj||^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。 c38RE,4U  
3. 应用 Wq 7 c/|  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 /b,M492  
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。 %cG6=`v
R  
扩展阅读 A<^IG+Q,B7  
1. 扩展阅读 fV*x2g7w  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 =-jkp  
W>eJGZ<  
 开始视频 M$#
zvcp  
- 光路图介绍 x{<WJ|'
B  
- 参数运行介绍 ~PaD _W#xP  
- 参数优化介绍 e8gJ }8Fj  
 其他测量系统示例： !zLd,`  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) r=4'6!  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) T[>h6d  
JC`|GaUy  
]O',Ei^  
QQ：2987619807 @B5@3zYs  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习