[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) BfEx'C  
GHqBnE{B  
应用示例简述 )[RpZpd`*  
/TG| B Eb  
1.系统说明 ="=#5C  
KXDz'9_  
 光源 4jPwL|#  
— 平面波(单色)用作参考光源 7a27^b  
— 钠灯(具有钠的双重特性) N)Qlkz$X  
 组件 (O<abB(  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 oO}>i0ax*  
 探测器 Y~}QJ+`?  
— 功率 QDl)92z  
— 视觉评估 CJtr0M<U+  
 建模/设计 xg4T` ])  
— 光线追迹：初始系统概览 "&s9cO.H  
— 几何场追迹+(GFT+)： MH2OqiCI  
 窄带单色仪系统的仿真 .Lp Nm'=R  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 U5-zB)V  
v^57j:sD  
2.系统说明 L)j]~^P$-  
`mWQWx$V!  
vC s6#PR$  
oa?!50d  
3.系统参数 qb 46EZu  
,OFq'}q  
9 #.<E5:  
f45
;fT>   
!e9N3Ga  
4.建模/设计结果 n^3NA|A  
o x03c  
o$^O<zL  
1NB2y[  
总结 CAA tco5  
:H~UyrN  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 A)~/~  
1. 仿真 uVoF<=
{  
以光线追迹对单色仪核校。 m[//_TFf]  
2. 研究 s,{RP0|  
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。 {IF
}d*:  
3. 应用 "{,\]l&o  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 I%.jc2kK  
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。 I 0x`H)DA  
OcyiL)tv5  
应用示例详细内容 a)YJ4\Qg[  
系统参数 g>d7%FFn}  
tRpL0 =y  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 - I1cAt  
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。 401/33yBJ  
Ncs4<"{$  
.Bm^3A  
|*/uN~[  
2. 系统参数 ({ :yw  
EN5G:hD  
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。 VPq5xSc?  
Rh05W_?Js  
n0>5'm%ES  
Q6e'0EIKC  
3. 说明：平面波(参考) {7j6$.7J$&  
ZEXj|wC
 
 采用单色平面光源用于计算和测试。 J7 Oa})-+'  
Lqz}&A   
c,{&  
fwar8 i1  
4. 说明：双线钠灯光源 \(3Qqbw  
|e.3FjTH  
'? !7 Be  
 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。 w
[J (E  
 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)。 P|!/mu]  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 Q8M:7#ySji  
0k.#  
f<$K.i  
CBz(hCaI  
5. 说明：抛物反射镜 -E,{r[Sp  
a{%52B"  
d=.n|rS4 W  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 =F!",a~  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 !z"a_  
_dJVnC1 !  
->RF`SQu  
|P[D2R}  
l{D,O?`Av  
b>>=d)R  
6. 说明：闪耀光栅 NXV~[  
w;h\Y+Myyk  
><:lUt*N2  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 *BP\6"X  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 -h^} jP8  
L`VQ{|&3V  
0W<
nE[U  
#4|i@0n}D  
>8Yrmq  
D^T7pO  
7. Czerny-Turner 测量原理 v2W"+QS}u  
ys"mP*wD  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 d q+7K  
:n%sU*'T  
(VF4FC  
y1jGf83  
9DP75 ti  
8. 光栅衍射效率 [>aoDJ  
\Im\*A   
-
+S~1`0  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 5k7(!  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 LBiv]3  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) VQW)qOR9  
*M\i4FO8  
LF3GVu,  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 4'4s EjyA  
QWQ6j#`  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 {0Ol/N;|D  
1SJHX1CxX  
4|o{_g[  
q0KXuMK  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 rc{[\1 -N  
_-yF9g"I  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 X7B)jH%N  
HDae_.  
j/`qd(=B  
A1s=;qr  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 vS,G<V3B  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 F~0%j}ve  
576-X_a,  
应用示例详细内容 Xe^=(| M  
VA&OI;=ri  
仿真&结果 FOnA;5Aa  
a^)4q\E  
1. 结果：利用光线追迹分析 CR|&VxA  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 }SvWC8  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 :$Di.|l@7  
< $?}^ 0R  
$}"Wta  
=A&*SE o5  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd yp/V8C  
@ke})0`5  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 CCvBE, ux  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 k2,oyUT=S  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ]TZWFL-  
e.Q K%  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 Ru\Lr=9  
ii]=C(e9  
iI Nu`>I  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms rOf  
)/i|"`)>_  
3. 衍射效率的评估 W%<]_u[-}  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 tVh4v#@+  
H?bsK~  
tJF~Xv2L!  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 oX~$'/2v  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd U:p"IY#%  
+T-zf@j  
4. 结果：衍射级次的重叠 vrO$8* sy  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 >nW}zkfn  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 c]v3dHE_h  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 A VG`r2T  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) '
oeg[  
 光栅方程： + d)~;I$  
|[7$) $  
1,!\7@<CT  
-oT+;2\2  
3S|;yOl#X  
5. 结果：光谱分辨率 34M.xB  
|}y}o:(  
r!gCh`PiK  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 3EX&.OL!  
%1+~(1P  
6. 结果：分辨钠的双波段 fU7:3"|s8  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 _<}5[(qu  
   T@.m^|~  
V~"d`j  
U$J_:~  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 v7u}nx  
Bo(l!G  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run I{ZPv"9j^  
]p.f*]  
7. 总结 ,$ret@.H  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 {+mkXp])R  
1. 仿真 L"<Eov6  
以光线追迹对单色仪核校。 BcO2* 3  
2. 研究 j?)`VLZ  
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。 _rh.z_a7w  
3. 应用 2l4i-;  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 `mTxtuid{  
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。 eL4@% ]o  
扩展阅读 g' U^fN  
1. 扩展阅读 ri V/wN9C  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Y[]t_o)  
T0)y5
  
 开始视频 qf$|
z`c  
- 光路图介绍 hRcJ):Wyb  
- 参数运行介绍 `3s-\>  
- 参数优化介绍 l:/V%{sx  
 其他测量系统示例： B y8Tw;aL  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 1OeDWEcB  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) {oeQK  
$466? oI  
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QQ：2987619807 l@jJJ)Qyk  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习