[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) [x{'NwP?  
4'Potv@/  
应用示例简述 F4`ud;1H  
M&wf4)*%0+  
1.系统说明 Gx,<|v  
$~W=)f9  
 光源 xU6)~ae`JW  
— 平面波(单色)用作参考光源 !?#B*JGFS  
— 钠灯(具有钠的双重特性) @FO=0_;y  
 组件 ga%gu9  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 I!Z=3 $,  
 探测器 qT5q3A(8  
— 功率 z10J8Ms'  
— 视觉评估 ps[HvV"  
 建模/设计 FN0)DN2d}  
— 光线追迹：初始系统概览 td@I ;d2  
— 几何场追迹+(GFT+)： Dc-v`jZ@)  
 窄带单色仪系统的仿真 KW`^uoY$  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 QMwrt  
(#KSwWo{ed  
2.系统说明 pL2P .  
+&bJhX  
=#L\fe)q)  
ktF\f[  
3.系统参数 w=JO$7  
,yf
2
kU  
K@U[x,Sx  
V7DMn@Ckw  
,58XLu  
4.建模/设计结果 2PZ#w(An&  

r`-=<@[  
Wz{,N07Q#{  
\D67J239E  
总结 5y^I~"_i  

Z#
uxa  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 )IBvm1  
1. 仿真 <<WqL?8W  
以光线追迹对单色仪核校。 ?$$Xg3w_#  
2. 研究 )@(IhU)
  
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。 W=G8l%  
3. 应用 }jdMo83  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 $Iz*W]B!  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 7up~8e$_  
)>"|<h.2]  
应用示例详细内容 G'#Uzwo  
系统参数 qzk!'J3*r<  
QzLE9   
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 Nhf@Y}Cu  
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。 BFnp[93N  
E|_J  
pG&#xRk  
ZX0#I W  
2. 系统参数 u!CcTE*  
z"%{SI^  
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。 zQ~N(Jj?h  
h~`^H9?M  
TGDrTyI?y  
um,G^R  
3. 说明：平面波(参考) tNvjwgV\  
>BWe"{;  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 0<FT=tKm  
u~8=ikn+T  
3D}Pa  
:P8X?C63W]  
4. 说明：双线钠灯光源 B=}s7
$^  
6c6w w"  
ZHM NG~!  
 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。 ]!>tP,<`'  
 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)。 B4/\=MXb  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 \RS0mb  
#;0F-pt  
S'(IG m4  
U
! $/'Xi9  
5. 说明：抛物反射镜 P
R3i}y>  
J?Bj=b  
Hkrhd   
 利用抛物面反射镜以避免球差。 50e vWD  
 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。 De ([fC  
<:>[24LJ{  
qTz5P  
yZ-Ql11
 
eGW h]%  
/$d#9Uv  
6. 说明：闪耀光栅 9K>~9Za  
G:!3X)b  
R$x(3eyx  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 0nPg`@e.  
 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 weMufT  
4axuE]  
 c?*x2Vk  
w~~[0e+E  
Bs
R3$  
gI/
SA  
7. Czerny-Turner 测量原理 =5O&4G`}  
kl|m @Nxp
 
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。 d@?zCFD  
qtjx<`EK>  
JMfv|>=  
 _'K6S  
6?';ip  
8. 光栅衍射效率 *QT7\ht3  
8iPA^b|sz{  
%_(^BZd  
 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。 q}]z8 L  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 JSoInR1E  
 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) )`#SMLMy~  
mUfANlQ:  
IN@ =UAc&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd v2ab84 C*  
je74As[  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ^YB3$:@$U  
8w ]'U  
* Na8w'Q  
O{Z bpa^  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 _=K\E0I.m  
bwK1XlfD.s  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 :n OCs  
C_ W%]8u  
+FC+nE}O  
7WHq'R{@  
 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)。 h$d`Jmaq  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 @`nU=kY/  
+;a\ gF^  
应用示例详细内容 7Q|v5@;pU  
'DUYf5nF  
仿真&结果 |~+bbN|b  
gb26Y!7%  
1. 结果：利用光线追迹分析 ;Ouu+#s  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 vv
 D515i  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 A<-3u  
0BN=>]V~j7  
>Ft:&N9L{  
$*7AG  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 'kekJ.wJ;  
8p]Krs:  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Gdr7d  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 [ak[ZXC,  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 
s-S|#5  
[?n}?0  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 uXdR-@80*  
QKhvP>  
A[Vhy;xz  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 6z5?9I4[  
t7/a5x  
3. 衍射效率的评估 dLw,dg  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 (Zu8WyT2  
cC$E"m  
<< aAYkx<  
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。 ~GjM:*  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 9]|G-cyt  
2w:cdAv$  
4. 结果：衍射级次的重叠 ETaLE[T%1  
 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。  gX]'RBTb  
 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)。 74a>}+"
 
 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。 5dhT?/qvc  
 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) T]?QCf  
 光栅方程： 0GnbE2&  
k^\>=JTq=  
&uxwz@RC0  
Ok_)C+o  
P26YJMJ'  
5. 结果：光谱分辨率 Zc*gRC  
{pEbi)CF,}  
1{bsh?zd  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run vU, ]UJ}  
u )KtvC!  
6. 结果：分辨钠的双波段 si|b>R&Z  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 +7bV  
   \"mLLnK?  
!J+< M~o}  
~f]I0FK  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 e[J0+ x#;r  
b{l
kl?@a  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run *M()z.N  
G1:2MPH  
7. 总结 VTxLBFK;  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 30$Q5]T  
1. 仿真 BW%"]J  
以光线追迹对单色仪核校。 /(skIvE|  
2. 研究 h
h"=|c  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 [<7Vv_\Q  
3. 应用 ""^.fh  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 9oJ=:E~CP  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 }u8D5Q<(  
扩展阅读 "6fTZ<  
1. 扩展阅读 :1\QM'O  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 KRh95B GU  
3QzHQU  
 开始视频 ,-{2ai_  
- 光路图介绍 x'wT%/hp  
- 参数运行介绍 fF} NPl  
- 参数优化介绍 /=2  
 其他测量系统示例： N5:muh \  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) @}@J$ g  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) :$>TeCm  
D$ +"n  
R2$;f?;:  
QQ：2987619807 @q]{s+#Xf  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习