[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) M}MXR=X,  
tEhYQZ  
应用示例简述 {L^b['h@  
fS+Ga1CsH  
1.系统说明 Op%}.9ed  
{fW(e?8)  
 光源 "$#X[.  
— 平面波(单色)用作参考光源 !
l-^JPb  
— 钠灯(具有钠的双重特性) W=fs"
<  
 组件 JFf*v6:,  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ;dgxeP;mp  
 探测器 c~bi ~ f  
— 功率 sJu^deX  
— 视觉评估 o\6A]T=R  
 建模/设计 ^o^[p %  
— 光线追迹：初始系统概览 R%B"Gtl)  
— 几何场追迹+(GFT+)： Gu?OyL  
 窄带单色仪系统的仿真 QwPLy O  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 0]%0wbY1  
@y?<Kv}s  
2.系统说明 ,w&8 &wj  
c@H:?s!0R  
#~<cp)!3  
e%.Xya#\  
3.系统参数 r:Uqtqxh  
[gI;;GW  
m:U.ao6  
{nTQc2T?;  
r#ES|  
4.建模/设计结果 M| r6"~i  
"#Ov!t  
T;!7GW4E ?  
>;a_
i>[  
总结 WrWJ!   
&s m7R i  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 >b9nc\~  
1. 仿真 !}%,rtI  
以光线追迹对单色仪核校。 mHc
xK@qw  
2. 研究 1 ?X(q  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 .<uxZ  
3. 应用 uLFnuK  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 wV\;,(<x=%  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 IO/%X;Y_  
+|6 '7Z(9  
应用示例详细内容 f44b=,Lry5  
系统参数 7g@P$e]  
}2dz];bR  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 t[gz#'  
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。 ,=o)R,[  
s%Ez/or(T  
*6uZ"4rb.  
o&M2POI~q  
2. 系统参数 8w,U[
aJm  
!&4<"wQ  
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。 v,6  
Bqo8G->  
1e=<df  
yVds2J'w-  
3. 说明：平面波(参考) zQY|=4NP  

Hj&mwn]  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 c6zghP3dR  
<?|v-(E  
cH$zDm1  
0Vu&UD  
4. 说明：双线钠灯光源 A4!IbJD,0  
0XwDk$l<  
&n:3n  
 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。 NyHHK8>  
 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)。 iq s  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 "r@f&Ssxb  
];@"-H  
~pM\]OC  
FFE IsB"9  
5. 说明：抛物反射镜 Z.9?u;  
-mD<8v[F  
InI^,&<  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 Yt^<^l77D  
 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。 'n'83d)z  
v=n'#:k  
b-sbRR  
Sw##C l#  
^A9D;e6!-  
^a9v5hu  
6. 说明：闪耀光栅 'EsN{.l?  
%<^B\|d'?  
<sXmk{  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 EBF608nWfW  
 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 f<!3vA
h  
I%dFVt@  
V*an0@  
8u+FWbOl]  
WJH)>4M#  
gQ]WNJ~>  
7. Czerny-Turner 测量原理 JzhbuWwF-  
[X >sG)0S~  
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。 gO C5  
1$cX`D`  
}%j@%Ep[  
1PwqWg-\\  
lZpa)1.tiC  
8. 光栅衍射效率 OKDBzl  
x --buO  
hY5G=nbO*  
 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。 Vwj^h
 
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 ujF*'*@\  
 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) OG\TrW-ug  
L,I5/K6  
_)4YxmK%  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd P%Fkd3e+  
@S3G>i  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 x50,4J%J'r  
d1=kHU4_9  
m@K5eh  
f< A@D"m/  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Z,'#
=K  
#lA8yWxr  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 d',OQ,~{  
!L3M\Q0  
&_Py{Cv@Dw  
h> K~<BAz'  
 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)。 >BC?%|l  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 @=Kuo
IV  
a<CN2e_Z  
应用示例详细内容 5l"EQ9  
B1]5%B  
仿真&结果 j~
+<~2%c  
$4yv)6G  
1. 结果：利用光线追迹分析 l V[d`%(  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 _c}@Fi+E  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ?A|8J5EV  
!f~ =p
 
chjXsq#Q^  
%vPs38Fks  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd YmP`Gg#>p  
E}U[VtaC  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 yRQR@  
 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)。 B7"/K]dR:  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 8nOMyNpy~M  
= ;sEi:HC  
 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。 :Mz$~o<  
#BQ7rF7CNE  
U1?*vwfKZ  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms cP[3p:  
lWj|7  
3. 衍射效率的评估 R:+2}kS5e{  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 /]=dPb%  
g?V>+oMx  
(eS/Q%ZGK  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 6< x0e;>  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd W@NM~+)e  
>t2E034_  
4. 结果：衍射级次的重叠 sjOyg!e  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 19od# d3+  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 2mS3gk  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 <1tFwC|4BJ  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) ns_5
|*'  
 光栅方程： 5ru&In&  
fm2,Mx6  
@=o1q=5@8  
b-e3i;T!}~  
G)28#aH  
5. 结果：光谱分辨率 /{pVYY  
41luFtE9  
%AbA(F  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run /60`
"xH  
[u[`!L=  
6. 结果：分辨钠的双波段 +W+O7SK\y  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ~2xC.DF_N  
    /1-  
M/GQQG;  
+pU\;x  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 }>vf(9sF`  
j&(2ze:=*$  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run #~um F%#  
&0*l=!:G^  
7. 总结 55xv+|k  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 KE\p|Xi  
1. 仿真 |B&KT  
以光线追迹对单色仪核校。 V6l*!R  
2. 研究 iTgGf  
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。 ZbTU1Y/'   
3. 应用 a~YFJAkg9  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 7sECbbJT  
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。 6|U0"C#]  
扩展阅读 ?29zcuRaru  
1. 扩展阅读 kR%bdN  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ;\7TQ9z  
BCB"&:}  
 开始视频 65bLkR{0  
- 光路图介绍 6zs&DOB  
- 参数运行介绍 -o\$.Q3  
- 参数优化介绍 ia15r\4j)  
 其他测量系统示例： XQ.czj  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) xQ4D| &  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 4?XX_=+F|  
l c)*HY
qU  
dw,Nlf~*0  
QQ：2987619807 P9Hv){z  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习