[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) EE qlsH  
CT|H1Ry2T  
应用示例简述 %Wc$S]>i  
>waA\C}  
1.系统说明 4U[X-AIY&  
&(20*Vn,O  
 光源 `Cu9y+t  
— 平面波(单色)用作参考光源 ork{a.1-_w  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 8#Y_]Z?)  
 组件 pFwe&_u]  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ;uuBX0B  
 探测器 XK(aH~7xme  
— 功率 rE\&FVx  
— 视觉评估 \9}-5  
 建模/设计 .GW)"`HbU  
— 光线追迹：初始系统概览 BkDq9>  
— 几何场追迹+(GFT+)： K%/g!t)  
 窄带单色仪系统的仿真 "(:8$Fb  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 {_4zm&  
TG.\C8;vFh  
2.系统说明 0LP>3"Sm  
5WtI.7r  
ZXWm?9uw  
 1oG'm  
3.系统参数 )/{~&LU  
?gXdi<2Qn  
4{" v  
o^BX:\}  
PC)V".W1  
4.建模/设计结果 yGb^kR}d  
SLud}|f;o  
lq27^K  
4WQ 96|F  
总结 {d,^tG}  
4Y
@q.QP  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 &)EL%o5  
1. 仿真 8p~|i97W]!  
以光线追迹对单色仪核校。 'Ub\8<HfJU  
2. 研究 B5va4@  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 7L!q{%}  
3. 应用 Ly6) ,[q~  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 QST-!`]v  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 %#7^b=;=  
f<@`{oP@  
应用示例详细内容 DZ5h<1  
系统参数 x4@IK|CE  
0"`|f0}c  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 4[K6ZDBU  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 ;3sJ7%`v  
L$f:D2Ei  
)`m/vYKWL  
P/dT;YhL  
2. 系统参数 Pv3 e*I(
(  
_ud!:q  
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。 [b@9V
_  
w Yr M2X@  
;<|m0>X  
.BZ3>]F3<  
3. 说明：平面波(参考) OlYCw.Zu  
,wk %)^  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 h)yAge  
ldWr-  
c(!{_+q"  
B,ZLX/c9  
4. 说明：双线钠灯光源 K]Q1VfeL=  
8x<; AL|`  
<ApzcyC  
 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。 )Ft>X9$  
 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)。 >J@hqW  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 VW\
~
OH  
/;rk-I  
 =uIeur  
}G[Qm2k  
5. 说明：抛物反射镜 OYNPZRu
 
JUC62s#_z  
HVcd< :g0  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 z T#j.v  
 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。 LXcH<)  
WiclG8l  
G+f@m,  
;/.XAxkFL  
Q::6|B,G  
L\H,cimN  
6. 说明：闪耀光栅 /YH5s=  
hKYA5]  
NhA_dskvo  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 0=Z_5.T>  
 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 I:%O`F  
7\1bq&a<  
tV,Y38e  
H0
\5a|X-  
dzPwlCC%-  
~T<o?98  
7. Czerny-Turner 测量原理 6tg0=_c  
RA~%Cw4t  
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。 $^4URH  
U.HeIJ#  
 7ehs+GI  
N!&$fhY)  
l~V^  
8. 光栅衍射效率 6Q.6  
o Z#4<7K  
-I#1xJU  
 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。 S+EC!;@Xg  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 J 4EG  
 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) vo_m$/O  
b:uMON,H  
&jHnM^nQ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd G&/RJLX|w  
&\, ZtaB  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 'rwnAr  
$pm5G} .  
"##Ylq("  
/HmD/E\  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 r!vSYgee  
kK[m=rTx1$  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 W\?_o@d  
hw [G  
>1=sw qa  
Gmi$Nl!~  
 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)。 E|jbbCZy2  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ;nbUbRb  
*VFUC:  
应用示例详细内容 i|5K4Puu  
> ^b6\  
仿真&结果 qUY QN2wG  
$(ugnnJ*  
1. 结果：利用光线追迹分析 g6kVHxh-  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 od\Q<Jm}  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 %usy`4 2  
]_yk,}88d  
eVZ/3o  
TrHz(no  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd n3t0Qc  
i(XcNnn6  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 0N~AQu  
 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)。 ~97T0{E3  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， `eat7O  
DV(^h$1_  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 sILkTzsw  
BiQ7r=Dd.  
P7;=rSW  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms V3'QA1$  
?th`5K30  
3. 衍射效率的评估 FbVdqO  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 TM8WaH 
  
=8?gx$r2  
9WaKsdf  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Azun"F_f  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd w6MEY"<L  
YY(,H!  
4. 结果：衍射级次的重叠 %.kJ@@_e  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 !YlyUHD  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 uX-]z3+  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 8kz7*AO  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) opK=Z  
 光栅方程： y5L%_ {n  
<6=kwV6  
s
mLXNO  
L=u>}?!,Fj  
*%^Vq  
5. 结果：光谱分辨率 :?VM1!~ga  
51Yq
>'8  
}5Yd:%u5  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run RzG<&a3B3s  
XY]|OZ7(  
6. 结果：分辨钠的双波段 |0vV?f$  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 &<Bx1\ ~V  
    R^Wed  
%Y"@VcN  
I^pD=1Y]  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 d>z?JDt  
=FkU:q$  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run  hfpSxL  
ITa8*Myj  
7. 总结 Ij_Y+Mnl4:  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 H]5%"(h  
1. 仿真 P%hi*0pwZ  
以光线追迹对单色仪核校。 +@wa?"  
2. 研究 ln#Jb&u  
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。 <QGf9{m  
3. 应用 Z}(,OZh  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 +~Ni7Dp]  
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。 F.)b`:g  
扩展阅读 P8jXruZr  
1. 扩展阅读 #M;Cw}pW  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 }R#YO$J7  
=k#SQ/@  
 开始视频 +;7Rz_.6f  
- 光路图介绍 1*{` .  
- 参数运行介绍 KUG\C\z6=  
- 参数优化介绍 XkZ82w#b  
 其他测量系统示例： 6@`Y6>}$_  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) %xE\IRlR  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Ur`Ri?
  
PaPQ|Pwz  
d5gYJ/Qv  
QQ：2987619807 ViqcJD  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习