[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) o4xZaF4+  
-70Ut 4B  
应用示例简述 :EZTJu  
rc"yEI-``"  
1.系统说明  5bk5EE`  
:%R3( &  
 光源 |#k1a:  
— 平面波(单色)用作参考光源 |,o!O39}>  
— 钠灯(具有钠的双重特性) &@yW<<  
 组件 V
}&  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 3vx?x39*Y  
 探测器 _95V"h
 
— 功率 JVRK\A|R  
— 视觉评估 6 LC*X  
 建模/设计 [!"u&iu`  
— 光线追迹：初始系统概览 qvCl mZ  
— 几何场追迹+(GFT+)： M*nfWQ a  
 窄带单色仪系统的仿真 Zx@{nVoYe~  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 fN@2 B  
ds`a6>746  
2.系统说明 e(cctC|l  
L0}"H .  
WL<Cj_N_{H  
I_4'9  
3.系统参数 ^b'[81%  
}{s<!b  
_jp8;M~Z  
uGOvZO^v  
YoJN.],gf  
4.建模/设计结果 &q>=6sQvf  
BDpeA
F8z  
xI$B",?(  
.Gw;]s3  
总结 $5l8V  
lCDXFy(E  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 \xwE4K  
1. 仿真 5F$W^N  
以光线追迹对单色仪核校。 :Fm)<VN"  
2. 研究 lj(}{O  
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。 |oa9 g2  
3. 应用 - 3kg,=HU;  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 52=?! JM  
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。 )=#QTiJ  
jU/0a=h9  
应用示例详细内容 O.Z<dy
+  
系统参数 0@vSl%I+  
y]yp8Bs+  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 WOiw 0  
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。 lUbQ@7a<'  
v<
$a .I(  
x xWnB  
#}3$n/  
2. 系统参数 zQ&`|kS  
a~jM^b;VN  
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。 q,A;d^g  
$5Jo%K%  
X H,1\J-S  
jNBvy1  
3. 说明：平面波(参考) 4vQ]7`I.f  
 $ac VJI?  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 QE1DTU  
F6`$5%$M;?  
4*&_h g)h  
}j;*7x8(  
4. 说明：双线钠灯光源 $n.oY5=\  
|]y]K%  
6SJ  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 ;rC)*=4#  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 [9Q}e;T  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 PRa#;Wb  
!lpKZG  
*EY^t=  
)2~Iqzc4  
5. 说明：抛物反射镜 }}y~\TB~}  
KF(N=?KO  
w,f1F;!q1  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 JI##l:,7r  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 wa7)  
pC
b3^# &o  
J=Q?_$xb}  
gJz~~g'  
~;> psNy  
sTv;Ogs.  
6. 说明：闪耀光栅 5F&xU$$a-  
~?`V$G=?,  
0<(F 8  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 !(QDhnx}9c  
 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 av~dH=&=  
V}_M\Y^^;  
X} <p|P+  
>..C^8 "  
;c};N(2  
W{'RR.
  
7. Czerny-Turner 测量原理 ;]XKe')  
*c<0cHv*  
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。 A"ApWJ3  
NFxs4:] RT  
':Avh|q3N  
D}YAu,<K  
b9FfDDOq"  
8. 光栅衍射效率 OZ2YflT  
L!2BE[~  
/>FgDIO  
 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。 =GGt:3Kx-  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 :70n%3a  
 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) N3O~_=/v?  
iPoh2  
vMT:j  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ii,/omn:  
wX7|a/|@  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ZoFQJJK56B  
~Q4 emgBD  
1"7Rs}l7  
B}Lz#'5_  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 #*r u*  
c^Y&4=>T  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 g3*" ^C2=  
oz54IO  
ZMFV iE;8  
Pi^5LI6JW  
 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)。 <]9%Pm#X  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 &}N=a  
?<7o\Xk#{  
应用示例详细内容 q>JW$8  
|gl~wG1@  
仿真&结果 +aa( YGL  
 ^##tk
  
1. 结果：利用光线追迹分析 OanHG  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 f[}N  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 8 oK;Tzh  
]gxt+'iAFS  
y}TiN!M  
_4H}OGZI  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ^&nC)T<w  
y:\ ^[y IQ  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Ws_RS%  
 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)。 $8kQM  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， +s(JutC  
P[|FK(l  
 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。 oSDx9%  
E Z^eEDZ  
;a]Lxx;-  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms lz=DP:/&  
gc%aaYf>  
3. 衍射效率的评估 D'dE!CAUs  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 $m$tfa-  
w>RBth^p  
GQZLOjsop  
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。 d~lB4  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Z @:5vo  
IYJS>G%*  
4. 结果：衍射级次的重叠 Yn0l}=, n  
 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。 (6Ssk4  
 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)。 \dIc_6/D1  
 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。 Y+ZQN>  
 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) #1>DV@^F  
 光栅方程： UIpW#t  
:j
sa.X  
%]~XbO  
,d^ze=  
Cd>GY  
5. 结果：光谱分辨率 i{['18Q$F3  
.kv/db  
D/T&0  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run TB=KTj  
P|r
sq|',  
6. 结果：分辨钠的双波段 AixQR[Ul*c  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 m 6Xex.d  
   l~f>ve|  
QQQ3
U  
>g):xi3qK  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ,&wTUS\  
||{V*"+\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run k>W5ts2+  
|*~=w J_  
7. 总结 UKIDFDn6_  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 t}Z*2=DO  
1. 仿真 2>Uy`B|f  
以光线追迹对单色仪核校。 [G(}`u8w"  
2. 研究 w"-'  
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。 c&A;0**K,  
3. 应用 <NIg`B@'s  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 sd (I@ &y  
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。 #g.J,L  
扩展阅读 (6jr}kP  
1. 扩展阅读 'f+g`t?  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 IEi E6z]L(  
?q}XDc  
 开始视频 %]>LnbM>4  
- 光路图介绍 c*O{?b  
- 参数运行介绍 >JNK06T  
- 参数优化介绍 oD5VE  
 其他测量系统示例： s_(%1/{  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) /0w?"2-  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ^bVY&iXNu  
|]qwD,eiH,  
<Pg]V:=g'  
QQ：2987619807 a59l"b  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习