[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) +z0s)HU>j  
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应用示例简述 }346
uF7C  
)TyP{X>  
1.系统说明 Lxv6\3I+  
_k;HhLj`  
 光源 )||CU]"b?  
— 平面波(单色)用作参考光源 ^go3F{;4i  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ;JMmr-@  
 组件 2Q7X"ek~[  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 pe>?m^gz[  
 探测器 7F_N{avr  
— 功率 fW[RCd
 
— 视觉评估 FUZuS!sJ  
 建模/设计 u#`51Hr
$  
— 光线追迹：初始系统概览 ~3&hvm[IQ  
— 几何场追迹+(GFT+)： \KS.A 4  
 窄带单色仪系统的仿真 Gm3`/!r  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 )]LP8 J&  
yhI;FNSf  
2.系统说明 LPZ\T}<l  

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r:Q=6j,  
B9Wd '  
3.系统参数 T\ukJ25!  
Pp_? z0M  
s,pg4nst56  
OF)*kiJ  
{t.S_|IE  
4.建模/设计结果 /d/]#T[Z9  
F~hH>BH9  
.6I'V3:Kg  
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总结 ]"htOO  
"q!*RO'a  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 \qlz<  
1. 仿真 c/:k|x  
以光线追迹对单色仪核校。 JiuA"ks)  
2. 研究 _^ic@h3'X~  
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。 B-"F67:  
3. 应用 2$VSH&  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 3`RI[%AN~  
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。  B@*!>R  
}RYPr  
应用示例详细内容 T
wr,O;*u=  
系统参数 `*`ZgTV  
{*r!oD!'  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 \3%3=:  
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。 J!dv"Ww"  
A:(qF.Tm  
52,'8` ]  
R6:m@  
2. 系统参数 ne3t|JZ  
)q\6pO@  
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。 }odjaM}5Nc  
=UWW(^M#[:  
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Ke]'RfO\  
3. 说明：平面波(参考) so| U&`G  
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 采用单色平面光源用于计算和测试。 AMO{ee7Po  
-mo4`F  
<Lt"e8Z>x  
fA[T5<66  
4. 说明：双线钠灯光源 qK~]au:C  

o]&P0 b  
"{3|(Qs  
 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。 HCe/!2Y/%  
 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)。 Tu,nX'q]m  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ~Ga{=OM??  
4!-R&<TLve  
P3Ah1X7W"C  
[a}Idi` K  
5. 说明：抛物反射镜 * kUb[  
JE*?O*&|Q  
m5HMtoU  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 n!lE|if  
 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。 |  >yc|W  
</SO#g^r<  
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s$0dLEa9  
9;`hJ!r  
6. 说明：闪耀光栅 ]gF=I5jn]  
vBM<M3  
PpNG`_O  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 1|>bG#|  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 *KU:D Y{  
[biz[fm  
qF`]}7"^  
>fkV65w{*  
6@FxPi9|#  
,:V[H8 ?  
7. Czerny-Turner 测量原理 `bn@;7`X  
U^DR'X=  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 1-.i^Hal  
/#L4ec-'  
yZNg[KH  
)oM% N  
c]qh)F$s8  
8. 光栅衍射效率 r/0AM}[!*j  
vNZ"x)?  
_6YfPk+  
 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。 1 .o0"  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 rTJ;s  
 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) /;u=#qu(E-  
4s"x}c">F  
B2WPbox  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 1$:O9{F  
R4zOiBi'B  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 OF;"%IW~}  
60D6UW  
77]lpmC  
0j}@lOt(  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ,XN4Iy#BZl  
#&z'?x^a  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 8MBY3F  
Tl?jq]  
%.fwNS  
TIF =fQ  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 Q]dKyMSSA  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 y"K[#&,0  
hxw6^EA  
应用示例详细内容 J$`5KbT3  
^ 7)H;$  
仿真&结果 8\PI1U  
L/5th}m  
1. 结果：利用光线追迹分析 bcAk$tA2  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ndk~(ex|j  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Le,;)N
d  
(tiE%nF+  
M`)3(|4  
zOy_qozk  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd "od2i
\  
r*FAUb`bG  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ':f,RG  
 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)。 e Dpt1  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， {rygIl{V  
gTdr  
 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。 3XncEdy_  
2cZgG^  
`y{[e j  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms }5Km \OI  
:1v.Jk  
3. 衍射效率的评估 m;U_oxb  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ZJ/K MW  
yEkwdx5!(  
hdH3Jb_hl(  
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。 o Z%oP V:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd hANe$10=H
 
S2#@j#\  
4. 结果：衍射级次的重叠 74c5\UxA  
 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。 EbJc%%c  
 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)。 s+h}O}RV  
 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,/wE  
 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) NuX
II-  
 光栅方程： ,=: -&~?  
eEYzA  
4MCj*ok<  
{??bJRT  
{9cjitl  
5. 结果：光谱分辨率 lx> ."rW  
&#!1 Y[e^  
/?V-  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run E9' 2_e  
bzECNi5^  
6. 结果：分辨钠的双波段 }-T,cA
_H|  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 l]~IZTC  
   zu 7Fq]zD  
a.
a ,_  
W<$!H V$  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 T`GiM%R;g  
bKEiS8x  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run gSe3S-Lt  

wR"17z7[]  
7. 总结 K{ntl-D&y  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Q^X}7Z|T  
1. 仿真 FB %-$  
以光线追迹对单色仪核校。 v[)8 1uY  
2. 研究 Q(x/&]7=V  
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F da?>  
3. 应用 8d&%H,  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 pm[+xM9PB  
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。 h05<1>?|  
扩展阅读 x0lAJaG  
1. 扩展阅读 PZI6{KOis  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 RrdLh z2N  
5kojh _\  
 开始视频 +zEyCx=8H  
- 光路图介绍 hoLA*v2<  
- 参数运行介绍 )_6W@s  
- 参数优化介绍 =q*c}8R_0  
 其他测量系统示例： .Ad9(s  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) xqQK-?k  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) )"7z'ar  
$#(j2sL1  
k *>"@  
QQ：2987619807 g{f7} gTG  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习