[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) }g{_AiP rv  
1lcnRHO  
应用示例简述 %[Zz0|A  
S}cF0B1E*  
1.系统说明 e$|VG* d  
,I`_F,  
 光源 .z
SD`v@[  
— 平面波(单色)用作参考光源 )gXTRkmw  
— 钠灯(具有钠的双重特性) a$m_D!b~_  
 组件 _-%d9@x  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 _z8;lt  
 探测器 ~`R1sSr"  
— 功率 ~@P)tl>  
— 视觉评估 Rd%0\ B  
 建模/设计 /DO'IHC.o  
— 光线追迹：初始系统概览 4ht\&2&:  
— 几何场追迹+(GFT+)： x=,8[W#XT  
 窄带单色仪系统的仿真 >a=d;  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 O2v.  
l>7r2;  
2.系统说明 FkB{ SCJ  
GwQn;gkF  
#DUh(:E'`  
c7qwNs*f  
3.系统参数 [5Y<7DS
 
D{C:d\ e)$  
maDz W_3  
zu<3^=3  
><Uk*mwL  
4.建模/设计结果 ]k*1KP  
Ei~f`{i  
^,V[nfQR  
 I=[cZ;t  
总结 5AOfp2O  
w^o}E)O  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 a)9
rs\Is{  
1. 仿真 ]a/'6GbR  
以光线追迹对单色仪核校。 R2LK.bTVn  
2. 研究 m:{tgcE  
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。 F_ljx  
3. 应用 *{5>XH{ x  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 8#59iQl  
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。 (vQ+e
 
yVS\Q,:J9  
应用示例详细内容 de YyaV  
系统参数 U8O(;+  
A}G|Yfn  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 =nVmthGw  
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。 >&Fa(o;*  
5 =Z!hQ}  
)i!^]|$  
Jps .;yjk  
2. 系统参数 }.{}A(^YR  
jO)&KEh  
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。 ?63&g{vA  
Coa-8j*R7  
>.LKct*5K  
;[6&0!N\  
3. 说明：平面波(参考) eb!_ie"D  
f\K#>u* Q  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 OD+5q(!"a  
AS;.sjgk  
uD)-V;}P@;  
/#t&~E_|  
4. 说明：双线钠灯光源 #@Y/{[s|@  
 @Fx@5e  
.ECHxDp  
 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。 nyhMnp#<  
 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)。 @]'SeiNp  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 m0( E kK  
QzthTX<  
\*"`L3  
 T-8J  
5. 说明：抛物反射镜 8$}OS-  
9L)L|4A.l  
@@}`hii  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 (5`T+pAsV  
 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。 'sU
)|W(3U  
n33kb/q*  
Alz~-hqQ  
=! mJG  
mG(N:n%*K  
|}S1o0v{(a  
6. 说明：闪耀光栅 8wIK:  
0Nr\2|  
CLK^gZ
 
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 _t-7$d"  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 _#'9kx|)  
Do;#NLrWb  
y1,5$
0@G  
Tsz NlRxc  
+ld;k/  
+hH}h?K  
7. Czerny-Turner 测量原理 arj$dAW  
s4t0f_vj`  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 6?SFNDQ"C  
l3J$md|f  
25em[Q:  
-:]@HD:  
E`)Qs[?Gk  
8. 光栅衍射效率 dAxp ,):&J  
DuNcX$%%  
(cs~@  
 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。 <lo`q<q  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 }gCHQ;U7`  
 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) dVGbe07  
=_QkH!vI  
)zJ=P
F  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd _^T}_  
n,nisS  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 +X^4; &  
;[Tyt[  
)w"0w(  
)iSy@*nY  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Kbas-</Si  
kaFnw(xa  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ;|30QUYh  
Z[} $n-V  
(~#G'Hd  
7a<_BJXx  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 o}~3JBnT  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 M 9"-WIG@h  
V2<i/6~  
应用示例详细内容 D[~}uZ4\  
]{Ek[Av  
仿真&结果 jG8;]XP  
v@_in(dk  
1. 结果：利用光线追迹分析 Mi74Xl i  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ./.=Rw  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ZQ[~*)  
g1qi\axm  
Z#7U "G-A  
h{/ve`F>@  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd b1=pO]3u  
XGIpUz  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 z!CD6W1n  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 v3^t/[e~:  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， W5/};K\.  
U;gp)=JNT  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。
qGa<@
b  
-eL'KO5'  
QUp?i  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms D rTM$)  
k1iLnza%  
3. 衍射效率的评估 t/ eo]  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 gj;@?o0  
@1.9PR$x  
S'@=3)  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 P)IjL&[  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd W5I=X]&  
!KDr`CV&  
4. 结果：衍射级次的重叠 5_aw.s>  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 6ZksqdP8  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ;eh/_hPM  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 oCA(FQ6  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) ^ LbGH<#J  
 光栅方程： z8tl
0gd%D  
YFqZe6g0$  
2 `&<bt[g  
6n-r  
z1Q2*:)c  
5. 结果：光谱分辨率 J)huy\>,  
5)*6V&  
\n(
ROf^'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 8m7;x/0ld  
% $.vOFP9  
6. 结果：分辨钠的双波段 >)y$mc6  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 GLcd9|H  
   h--45`cE  
Y?t2,cm  
[`9^QEj  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 dyl 0]Z  
~#t*pOC5BR  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run xFX&9^Uk  
d<v~=  
7. 总结 G1p'p&x.  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 K @C4*?P  
1. 仿真 q_pmwJ:UL  
以光线追迹对单色仪核校。 ifHU|0_=  
2. 研究 _XWnS9  
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。 idz9YpW  
3. 应用 TZBVU&,{Z  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 +9_,w bF  
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。 Dt|fDw$]D  
扩展阅读 L]*`4L  
1. 扩展阅读 WP!il(Gr  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。

< GU  
%GVN4y&  
 开始视频 Pv[ykrm/  
- 光路图介绍 _j>L4bT  
- 参数运行介绍 -U:2H7  
- 参数优化介绍 <b'1#Pd>0  
 其他测量系统示例： FR(QFt!g  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ]f5c\\)  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) u]SZ{[e  
{yU0D*#6  
W W35&mI)k  
QQ：2987619807 kAt RY4p  

楼上你有图中的仿真文件么

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