[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) Z'dI!8(Nf  
:TYzzl43  
应用示例简述 ;n{j,HB  
BON""yIC   
1.系统说明 3dDQz#  
EJaaW&>[  
 光源 \w[ZY$/  
— 平面波(单色)用作参考光源 :YXQ9/iRr  
— 钠灯(具有钠的双重特性) y'|W['  
 组件 p]|M
E  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 '3UIri
Y6  
 探测器 gc7:Rb^E5t  
— 功率 R 4QwWSBJ  
— 视觉评估 soQzIx  
 建模/设计 zGd*Q5l  
— 光线追迹：初始系统概览 lEbR)B,  
— 几何场追迹+(GFT+)： OGi4m |  
 窄带单色仪系统的仿真 ae#HA[\0G  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 I u~aTgHX%  
%802H%+  
2.系统说明 zHc4e   
b;`#Sea  
?Gv!d  
IcA\3j  
3.系统参数 \]#;!6ge  
C\2>7  
m *bKy;'8  

+fCyR  
X`v79`g_  
4.建模/设计结果 u:H 3.5)%  
VmH_0IM^6  
CE7pg&dJ)i  
K6yFpVl  
总结 HD8"=7zJk  
9EA !j}  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 M|E2&ht  
1. 仿真 F;&fx(  
以光线追迹对单色仪核校。 {9|$%4kRl  
2. 研究 Iam-'S5  
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。 ;0Ct\[eh  
3. 应用 c;8"vJ  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性
n.Eoi4jV'  
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。 p<0kmA<B/  
< J<;?%
]  
应用示例详细内容 uZ`d&CEh  
系统参数 g*r{!:,t  
8&A|)ur4  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 cwWSNm|  
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。 V=zM5MH2  
CWe>jlUQ  
v!{'23`87  
Vq)gpR  
2. 系统参数 <.7I8B7  
7k#${,k  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 zr;Y1Xt4  
)<x;ra^  
Aiks>Cyi23  
400Tw`AiJ  
3. 说明：平面波(参考) o )nT   
K.iH  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 .1z$ A  
9>[.=  
9p\wTzA  
ekl?K~  
4. 说明：双线钠灯光源 R!V5-0%  
peTO-x^a-  
U3|&Jee  
 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。 c]aK N  
 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)。 r@ T-Hi  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 \BbOljM=  
jY#(A23  
T?]kF-   
=
6Kv`  
5. 说明：抛物反射镜 4<3?al&  
{7Gx9(  
x,w`OMQ}c  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 eA*Jfb  
 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。 +.gf]|  
Q&.IlVB[  
_L:i=.hxN  
;*)fO?TG)  
_sf#J|kQ  
8%2rgA  
6. 说明：闪耀光栅 cpF1XpvT  
p'%: M  
J^g,jBk  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 .^W\OJ`G  
 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 WK_y1(v>  
FQ_%)Ty2  
;5Wx$Yfx  
B::4Qme  
,yM}]pwlB  
i>]<*w  
7. Czerny-Turner 测量原理 _']%qd"%  
oXQ<9t1(  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 veX"CY`hn  
_@BRpLs:4  
k binf  
%eutfM-?6  
f- k|w%R@  
8. 光栅衍射效率 c+Q.?vJ  
i!1ho T$  
u^aFj%}]L  
 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。 %EJ\|@N:  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 *
793H\  
 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) {;Y 89&*R  
_X,[]+ziu%  
l}Q"Nb)  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd QX/X {h6  
[w&#+h-q  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 cD'HQ3+  
I+Ncmg )>  
?u_gXz;A  
!^
)wPmk  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 c%AFo]H  
tT@w%Sz57N  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 E'e8&3!bx  
fr}1_0DDz  
T}L^CU0  
E-yT  
 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)。 i}/e}s<-6  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ~Ho{p Oq  
bH\'uaJ  
应用示例详细内容 AfbB~LlBq  
7Sg
weZ}"  
仿真&结果 74@lo-/LY  
]^J+
-c  
1. 结果：利用光线追迹分析 GI2eJK  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ia%z+:G  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 c;:">NR  
(O)\#%,@R  
a|DsHZ^6^  
g$*/XSr(  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd jOUK]>ox:  

./
'~];&  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 mu6039qy  
 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)。 (C8 U   
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ]pW86L%  
?z2jk  
 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。 ?M*7@t@  
NFk}3w
:  
?PBa'g  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 8YuJ8KC  
#O2wyG)oU  
3. 衍射效率的评估 +hE',i.  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 NH7`5mF$  
FJP< bREQ  
D Irgq|8  
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。 KcC!N{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 63W{U/*aao  
ShQ|{P9  
4. 结果：衍射级次的重叠 ?Bo?JMV  
 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。 nz4<pvC,*  
 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)。 "(s6aqO$  
 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。 1HMUHZT  
 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<6fpXuk2  
 光栅方程： '.?^uM  
f}^I=pS&  
` ^DjEdUN  
f|OI`  
^:`oP"%-T  
5. 结果：光谱分辨率 QE|`&~sme
 
!c%  
tAF]2VV(e  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run m#tpbFAsc  
A (Bk@;  
6. 结果：分辨钠的双波段 =I2
@/,  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 3KSpB;HX  
   JIzY,%`\  
|,b2b2v?  
z~,mR
gc$B  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ZWO)tVw9G  
lsk_P&M  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Yu'a<5f  
4'',6KJ@  
7. 总结 e}c&LDgU  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 B`
fH^N  
1. 仿真 o\Uu?.-<  
以光线追迹对单色仪核校。 jpRBER_X  
2. 研究 GcT;e5D  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 F/>*Ifs  
3. 应用 B MM--y@  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 fAGctRGH  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 7h%4]  
扩展阅读 K UKACUL  
1. 扩展阅读 )
0^>#k  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 XVt/qb%)r  
O gmSQ  
 开始视频 [$pmPr2  
- 光路图介绍 q*,Q5  
- 参数运行介绍 %%%S"$t  
- 参数优化介绍 .[?BlIlm  
 其他测量系统示例： Tzzq#z&F  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) WK0C  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002)  B/G-Yh$E  
MoD?2J  
Z<U>A   
QQ：2987619807 S,''>`w  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习