[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) j8G>0f)  
!I? J^0T  
应用示例简述 CKTD27})  
H5N(MihT  
1.系统说明 B43o_H|s  
d%istFL)  
 光源 N3};M~\  
— 平面波(单色)用作参考光源 ibOXh U  
— 钠灯(具有钠的双重特性) y{eZrX|  
 组件 W&>+~A  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 !!c.cv'  
 探测器 [\ JZpF  
— 功率 YJ5;a\QxN  
— 视觉评估 Z6cG<,DQ  
 建模/设计 T_}\  
— 光线追迹：初始系统概览 L?^C\g6u]  
— 几何场追迹+(GFT+)： Q#bFW?>y,  
 窄带单色仪系统的仿真 V#TA%>  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 _e_]$G/TM  
XU0"f!23x  
2.系统说明 c3lfmTT6^  
azB~>#
H~  
Oz9k.[j(  
F|V co]"S1  
3.系统参数 YV 9*B  
K@{jY\AZNx  
iR#jBqXD  
zYOPE 6E  
<MN+2^ed&  
4.建模/设计结果 utwh"E&W  
$Mx.8FC +  
H[x9 7r  
?<w +{  
总结 U gB  
{\t:{.F A  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 /$r
S0@p  
1. 仿真 9GZF39w u  
以光线追迹对单色仪核校。 ,ASY &J5)7  
2. 研究 PyHE>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。 Yb =8\<;  
3. 应用 ,)L.^<  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 q0y?$XS  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 (oJ#`k:&n  
i6m;2 UAa  
应用示例详细内容 ==(M vu`  
系统参数 ;T52aX  
]Ly)%a32  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 =
GR Em5  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 +N4h Q"  
kd\G>  
Mdwh-Cis/  
z|P& 8#txM  
2. 系统参数 0l_-   
*pasI.2s#  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 6!Isz1.re  
dbZPt~S'$  
jv0e&rt  
1<R \V  
3. 说明：平面波(参考) ;pB?8Z  
0XozYyq  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ~`N|sI,  
h}`<pq  
% 9WWBxS  
50H[u|  
4. 说明：双线钠灯光源 sox90o 7  
%)aDh }  
1g/mzC
  
 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。 5d4-95['_  
 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)。 o!H"~5Trv!  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 <g%xo"  
|R[m&uOib  
z
u|pL`X  
3S5Qq
Am  
5. 说明：抛物反射镜 vOP[ND=T  
mA>Pr<aV:  
>$"bwr}'4B  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 Ahebr{u  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 WD)[Ac[  
\dc`}}Lc  
Y.C*|p#  
/V*eAn8>  
iCEX|Tj;  
?NwFpSB2  
6. 说明：闪耀光栅 O>>8%=5Q  
-zTeIvcy5  
l`u*,"$  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ?D~uR2
+Z  
 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 FVpe*]  
BW*zj=N%  
{l1;&y?  
0!zWXKX  
x-W0 h  
FJ[(dGKeE  
7. Czerny-Turner 测量原理 N!va12  
@F1pu3E  
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。 EagI)W!s[  
U--ER r8  
RcE%?2lD  
& 3a+6!L[  
%$}iM<  
8. 光栅衍射效率 OL=bhZ  
]Lh\[@#1f  
&,)tD62s  
 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。 D *tBbV  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 c
*W$wr  
 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) qjFgy)qV  
f;Dz(~hw  
2,fB$5+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd :`|,a(  
aG ,uF  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ])JJ`Z8Bk  
^m7PXY  
TvP# /qGgG  
?\yo~=N^  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 $OO[C={v[  
nk{1z\D{  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 l%IOdco#  
(/Mc
$V  
Ob6vg
^#  
Mc6y'w  
 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)。 jL8zH  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 4j*}|@x  
hG67%T'}A  
应用示例详细内容 Y `{U45  
O<hHo]jLF  
仿真&结果 y\[=#g1(@  
Yc$|"to  
1. 结果：利用光线追迹分析 |bk*Lgkzw  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 'tbb"M
Ei4  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 (X9V-4  
j.
6kjQN  
s*I
fXv  
/F_ :@#H  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd *t_&im%E  

H07j&  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 %Z7!9+<  
 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)。 ~g{,W  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， u!i5Q  
'G

FzI:Xr  
 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。 /\#5\dHj  
vf2K2\fn  
^Toi_  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms +6=!ve}  
xR:h^S^W ~  
3. 衍射效率的评估 #jX>FXo  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ~K9U0ypH  
zgqw*)C~  
QP#Wfk(C  
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。 j1ZFsTFMWp  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 1 XG-O  
{9Y'v  
4. 结果：衍射级次的重叠 ng*%1;P  
 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。 L,6Y=?  
 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)。 :~(im
_r  
 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。 ju#63  
 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) 4i,SiFKB  
 光栅方程： lQ/XJw  
~S3eatM$9  
*3$,f>W^  
qx)k1QY  
-e~Uu  
5. 结果：光谱分辨率 "b 0cj  
x/=j$oA  
to3J@:V8e  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ]D%k)<YK  
$T6Qg(p  
6. 结果：分辨钠的双波段 kre&J  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 $J6.a!5IE  
   B
$l`9!,  
0Mg8{  
yUO|3ONT  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 zc+;VtP|8  

?N*0S'dY  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run prtxE&-  
g5Rm!T+@I<  
7. 总结 0>
iFXw:fn  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 >x4[7YAU{  
1. 仿真 :eW~nI.Vc  
以光线追迹对单色仪核校。 %v[Kk-d  
2. 研究 \w^QHX1+  
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。 iwQ-(GjM[A  
3. 应用 AiZFvn[n8  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 U$)Hhn|X  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 rf->mk{  
扩展阅读 VA'X!(Cv  
1. 扩展阅读 T3./V0]\I  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 1>w^ q`P  
b`W*vduf  
 开始视频
L\NZDkd  
- 光路图介绍 abeSkWUL(  
- 参数运行介绍 oDP((I2-  
- 参数优化介绍 7[g;|(G0  
 其他测量系统示例： .dT;T%3fO  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) R:<@+z^A[  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ^Pd37&B4V  
z,FTsR$x  
vQ"s  
QQ：2987619807 ;9 ,mV(w  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习