[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) Drz#D1-2  
"YM)bc  
应用示例简述 a
8''t_Dp  
#7GbG\  
1.系统说明 ?J|~G{yH  
p\1-.  
 光源 .>_p7=a  
— 平面波(单色)用作参考光源 {'T=&`&OF  
— 钠灯(具有钠的双重特性) b+,u_$@B  
 组件 f3h^R20qmO  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 5^+>*z  
 探测器 YQLp#  
— 功率 _Uc le  
— 视觉评估 hT]\*},  
 建模/设计 %&0_0BU  
— 光线追迹：初始系统概览 g^/  
— 几何场追迹+(GFT+)： +Ccj@#M;  
 窄带单色仪系统的仿真 Cwl#(;@  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 6x7pqHM  
{dTtYL$'"  
2.系统说明 >8\EdN59{  
9v=5x[fE  
lku}I4  
eKsc ["  
3.系统参数 fo@2@  
{ <f]6  
gq\ulLyOeZ  
.IXkdy  
(< gk<e*  
4.建模/设计结果 Z(k7&^d  
8bd&XieE  
Sxa+"0d6  
E]/` JI'%  
总结 k` cz$>  
nO.RB#I$F  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Fg;V6s/>ts  
1. 仿真 z)*7LI  
以光线追迹对单色仪核校。 b\&|030+  
2. 研究 RsU!mYs:H  
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。 9Kf# jZ  
3. 应用 8K$q6V%#  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 WrP4*6;"  
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。 v0v%+F#>@  
Pv,Q*gh`  
应用示例详细内容 ]n _OQ)VO
 
系统参数 ruiAEC<Ej  
?(rJ  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 HE6kt6  
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。 d)d\h`=Z  
w eu3c`-a  
jg%HaA<zO  
vy&q7EX<i  
2. 系统参数 [Tmpj9!q  
&Cv0oi&B  
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。 rRgP/E#_  
C^2J<  
7S'3U}Y>VX  
8Evon&G59  
3. 说明：平面波(参考) ]w*w@:Zk  

w&VMb&<  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ti%uyXfja  
O{@m
,uY  
C5k\RS9  
l.gt+
e  
4. 说明：双线钠灯光源 Tp-<!^o4  
lyZ[tPS  
$w%n\t>B  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 uv>T8(w  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 fZ8at  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 dB`3"aSN7  
U5_1-wV  
GBMCw  
01~&H8 =  
5. 说明：抛物反射镜 PH$fDbC8  
4Og&w]  
e&*< "WN  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 p:g`K#[F  
 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。 [,_4#Zz  
wl
vhDJ  
J^"  
9#C hn~ \  
F^knlv'  
O:K={#Xj  
6. 说明：闪耀光栅 <Vu/6"DP  
/1s|FI$-L  
SY: gr  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 [ vWcQ6m  
 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 UM?{ba9  
0H<&*U_V  
%(72+B70R  
gA`x-`  
OanHG  
f[}N  
7. Czerny-Turner 测量原理 MJxTzQE  
RfM uWo:  
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。 <[N"W82p  
`F)Q=  
EKwA1,Xz  
7x,c)QES`  
wTT_jyH)  
8. 光栅衍射效率 s*blZdP  
+s(JutC  
yW3X<  
 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。 oSDx9%  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 EqY e.dF,  
 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) }
digw(  
&PfCY{_  

+W=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd *TacVp  
zP[_ccW@  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 a-P'h1hbH  
?k6PH"M  
BC/oh+FW3  
;THb6Jz/+  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 J?Y1G<&  
\M@9#bd  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 *Ey5F/N}$H  
!>%U8A  
p^=>N9  
.iDxq8l  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 %D::$,;<<  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 F4=+xd >0  
K2=`.  
应用示例详细内容 &3jq'@6  
x2 s%qZ#  
仿真&结果 V
!Cu%4  
37#|
X*L  
1. 结果：利用光线追迹分析 mY}_9rTn|  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 )kMA_\$,  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 A
fpj*o  
,34|_  
!^o(?1  
BE&P/~(C  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd |2!!>1k  
aY/msplC  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 H(eGqVAq,  
 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)。 5IK -V)  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， \ 2cI=Qf  
!OM P]  
 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5mCG  
vcsrI8+  
w|~d3]BqT  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ^H0`UKE  
`5y+3v~"  
3. 衍射效率的评估 Lk%u(duU^  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 A5d(L4Q]a(  
[1I>Bc&o*  
/}_OCuJJ,  
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。 iSm5k:7  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd XIv{jzgF  
.zm'E<
  
4. 结果：衍射级次的重叠 <tT*.n
M\  
 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。 1P"akc  
 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)。 &VY(W{\eY  
 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。 .EOHkhn  
 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) =Mg/m'QI  
 光栅方程： &4aY5y`8+f  
oD5VE  
f8>S<:  
O@.afk"{  
W*'gqwM&  
5. 结果：光谱分辨率 8J&K_JC^  
"82<}D^;  
TEgmE9^`)7  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ?[[K6v}q{  
p1dqDgF*  
6. 结果：分辨钠的双波段 6bL"ZOEu  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 M6ol/.G[  
   @$5!
  
T>"GH M  
wH:'5+u:6  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 qO5.NIs  
nN|zEw]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run >s@6rNgf  
` ]*KrY  
7. 总结 $N7:;X"l  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 fk(l.A$  
1. 仿真 =y3gnb6  
以光线追迹对单色仪核校。 *^'$YVd#  
2. 研究 *fBI),bZa  
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。 PB !\r}Q  
3. 应用 UX-l`ygl  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 \wmNeGC2  
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。 97H2hYw9l  
扩展阅读 XxW~4<r  
1. 扩展阅读 '/gw`MJ  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 `r; .  
0:(`t~  
 开始视频 4|+6a6  
- 光路图介绍 {FR#je  
- 参数运行介绍 y{Wtm7fnA  
- 参数优化介绍 sje}E+{[  
 其他测量系统示例：  (-
\,t  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) h[()!\vBy  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) cmQLkT"#K  
oa:GGW4Q  
c;,jb  
QQ：2987619807 (7nWv43  

楼上你有图中的仿真文件么

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