[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) RP` `mI  
`6Hf&u<  
应用示例简述 =B(mIx;m  
e.;M.8N#SQ  
1.系统说明 fp&Got!pB  
`ROEV~  
 光源 N z~"vi(t  
— 平面波(单色)用作参考光源 &" h]y?Q  
— 钠灯(具有钠的双重特性) {}\CL#~y  
 组件 `Q%NSU
?  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 <_:zI r,  
 探测器 'G#SLqZy  
— 功率 Lk.h.ST  
— 视觉评估 0Nr\2|  
 建模/设计 h<3p8eB  
— 光线追迹：初始系统概览 $qm~c[x%  
— 几何场追迹+(GFT+)： >XE`h9  
 窄带单色仪系统的仿真 3g'+0tEl  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 lrys3  
U e*$&VlT  
2.系统说明 jA`a/vWu  
Hed$ytMaGz  
Lq04T0  
Q}P-$X+/ n  
3.系统参数 /V^sJ($V$~  
e@jfIF0=}  
<abKiXA"  
!N~*EI$  
=`p&h}h-L  
4.建模/设计结果 PDC]wZd/  
,")F[%v  
(cs~@  
]!Zty[  
总结 }gCHQ;U7`  
dVGbe07  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 `clB43i  
1. 仿真 ~@fR[sg<  
以光线追迹对单色仪核校。 .#!mDlY;  
2. 研究 9X]f[^  
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。 aZgNPw  
3. 应用 _A-V@%3  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 &O tAAE  
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。 ']?=[`#NL  
sv=H~wce  
应用示例详细内容 o#e7,O  
系统参数 `C'}e  
n\= (S9  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 z5EVG  
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。 E5{n?e  
SDc" 4g`
 
\_ -DyD#3  
2Xgx*'t\  
2. 系统参数 mo9$NGM&}  
;$;rD0i|  
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。 0&$xX!]  
jG8;]XP  
v@_in(dk  
Mi74Xl i  
3. 说明：平面波(参考) ./.=Rw  
3;y_mg  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 hW%p#g;  
Dh`=ydI5  
h{/ve`F>@  
b1=pO]3u  
4. 说明：双线钠灯光源 kfCKhx   
z!CD6W1n  
v3^t/[e~:  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 |<Bpv{]P  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 U**)H_S/~  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 
T.@s
q  
/f&By p  
@?/\c:cp  
K:w]>a  
5. 说明：抛物反射镜 }+DDJ6Jzs  
UUm|@  
x
jrlc9  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ~:Ixmqi}R  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 {8:o?LnMW  
[&daG:  
!KDr`CV&  
5_aw.s>  
6ZksqdP8  
;eh/_hPM  
6. 说明：闪耀光栅 oCA(FQ6  
JUU&Z[6J  
cY~M4:
vgT  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 \G3!TwC%  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 N 8}lt  
VN+\>j-  
KpGUq0d@  
kaO{#i2-  
lh$CWsx  
v= 8VvT8  
7. Czerny-Turner 测量原理 raHVkE{<  
B^m!t7/,  
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。 r=0j7^B#  
X<FOn7qf  
DZP*x  
e>!E=J)j  
~oFh>9u  
8. 光栅衍射效率 hr1$1&p  
kp; &cQu!  
cz>mhD  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 InN{^uN  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 X~zRZ0  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) mQ=sNZ-d]  
m9Il\PoTq  
P'F~\**5  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd J% AG`  
f?5A"-NS  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 e&ts\0  
i*z0Jf["  
NQ{-&#@/v  
%r P !  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 m2ox8(sd  
\*J.\f  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 oX*b<d{\N  
HT-PWk>2  
l# BZzJ?~  
GVZTDrC  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 L?Tu)<Mn  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Oc~VHT  
1~L
\s}|2d  
应用示例详细内容 l{QC}{Ejc2  
D@*|24y  
仿真&结果 *F..ZS'$[  
vgN@~Xa  
1. 结果：利用光线追迹分析 V:8@)Hc=  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 J7Sx
!PQ  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 [brkx3h  
L^x5&CCwk  
Ta^.$O=F  
3wo'jOb  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ;tXY =  
pSXEJ 2k  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 B/rzh? b  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 3jS7 uU  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， >-
eS&rma  
IOS^|2:,  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 "H
@Fe  
&AJUY()8  
q6Rw4  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 5DUi4 Cbgy  
IBDVFA  
3. 衍射效率的评估 )u-ns5  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 1Lc8fP$  
t)KPp|&  
\:h0w;34O  
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。 >I|<^$/  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd sc9]sIb  
8a?IC|~Pz  
4. 结果：衍射级次的重叠 SbCJ|z#?  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 hj+p`e S  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 C!hXEtK  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 0xLkyt0  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) 16L"^EYq  
 光栅方程： vWuyft*  
JLml#Pu4  
:)j7U3u  
:ET x*c  
G$|G w  
5. 结果：光谱分辨率 T:Bzz)2/  
50COL66:7  
/8:gVXZi  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ~6] )*y  
'r6cVBb}  
6. 结果：分辨钠的双波段 [+_\z',u  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 5%'o%`?i  
   vu44!c@  
?~{rf:Y  
QP'qG@j[:  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 r.?qEe8VV  
O0->sR  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 3Nc'3NPQ'  
rYD']%2  
7. 总结 aD0Q0C+  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 .x]'eq}  
1. 仿真 ixg\[5.Q+  
以光线追迹对单色仪核校。 F|9a}(-7  
2. 研究 6V+V zDo  
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。 y
(V&z"wk[  
3. 应用 `Yg7,{A\J  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性  MK<  
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。 uwmoM>I W^  
扩展阅读 <1TlW ~q<  
1. 扩展阅读 p!C_:Z5i  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 e
og\pMv  
b!0'Qidh0  
 开始视频 Y!bpOa&  
- 光路图介绍 cPV
5^9\T  
- 参数运行介绍 S_a :ML<  
- 参数优化介绍 9zmD6G!}t  
 其他测量系统示例：
)j]gm i"  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Q S5dP  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) &t[z  
)r-T=  
D1oaG
0  
QQ：2987619807 ~W2:NQ>i  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习