[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) }lt]]094,  
Ss{  
应用示例简述 QprzlxB  
"6%vVi6  
1.系统说明  LYX\#  
G.c@
4Wz+  
 光源 6Bfu89  
— 平面波(单色)用作参考光源 vH^^QI:em  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 7<VfE`Q3  
 组件 S+C^7# lT  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 1eDc:!^SD  
 探测器 Q{Lsr,  
— 功率 @7*Ag~MRb  
— 视觉评估 T4{&@b 0*  
 建模/设计 ?OPAf4h  
— 光线追迹：初始系统概览 U%na^Wu  
— 几何场追迹+(GFT+)： 84*Fal~Som  
 窄带单色仪系统的仿真 Epm
=&6zf  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ywV8s|o  
g$*VA} s  
2.系统说明  ]=g|e  
'E,Bl]8C5  
__V6TDehJ$  
x 1
"ikp}  
3.系统参数 ;DKwv}  
A fctycQ-  
*
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d"3>  
cuP5cL/Y  
U;:,$]+  
4.建模/设计结果 HSOdqjR*  
@kKmkVhu*  
;pNHT*>u,  
M_4g%uHG  
总结 ]4>[y?k34  
0fPqO2  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 1W5\
  
1. 仿真 +B@NSEy/+  
以光线追迹对单色仪核校。 #={L!"3?e  
2. 研究 =#<hT s  
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。 <z|?C  
3. 应用 %d9UWQ  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 }x1mpPND  
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。 hqY9\,.C  
3HA$k[%7P  
应用示例详细内容 m!:7ur:Y  
系统参数 (;a O%  
)8yee~+TN  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 sz
wXr  
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。 8P!dk5,,O  
MOG[cp  
mor
I'6N  
D.<CkDB  
2. 系统参数
j#U?'g  
c+G: bb%p  
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。 |7
/B20  
.VmI4V?}h  
Rhx7eU#&  
*ftJ(  
3. 说明：平面波(参考) }FMl4 _}u  
vd /_`l.D  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ('uYA&9  
fu=}E5ScK  
uPV,-rm[F_  
%i%Xi+{3  
4. 说明：双线钠灯光源 :*&wnQMKR  
o
jVpw4y.  
0mj=\j  
 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。 gqD`1/  
 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)。 %TG$5')0  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 7"xd'\c@  
/@RnCjc'  
Mn~A;=%qF  
9$Mi/eLG2N  
5. 说明：抛物反射镜 *!9/`zW  
2c%}p0<;|?  
XU9=@y+|v  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 kFM'?L&  
 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。 {u.V8%8  
-t6d`p;dR  
0dkM72p  
&OhKx  
;6b#I$-J-  
faO8 &  
6. 说明：闪耀光栅 P>@`hZ9 o  
Xe+&/J5b  
+X*`}-3  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 1~
SY  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 6>=>Yj  
@su{Uno8/  
E;
4Ns  
@IiT8B  
M2@q
{RiS  
50DPzn  
7. Czerny-Turner 测量原理 4(aesZ8h  
K%=n \Y  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 lIFt/  
Ab2g),;c  
uAvs  
=|U2 }U;  
ZHC sv]l  
8. 光栅衍射效率 k@8#Byl|  
3yKI2en"  
9uS7G*  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 ooZ-T>$  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 owMH  
 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) <,E*,&0W  
,#wVqBEk  
YQ]H3GA  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd s3+O
=5  
S-rqrbr|AT  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 34oLl#q*  
ZM#WdP  
r0X2cc  
T?\CAk>  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 m|]^f;7z  
GcU/  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 @l(Y6m|v\  
'd t}i<  
"q`%d_  
,{Ab=xV  
 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)。 i52R,hz  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 vR)7qX}  
^z^>]Qd  
应用示例详细内容 WD\{Sdx:r  
b}4/4Z.  
仿真&结果 Iv<9})2K  
ob00(?;H  
1. 结果：利用光线追迹分析 
*n*y!z  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ltrSTH,kL  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 vLS9V/o  
JG<3,>@%  
DrEtnt  
AfEE
YP)N  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Lq[wabF  
OV/FQH;V  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ^97ZH)Ww  
 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)。 $McO'Bye{h  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 3EZwF  
_B1uE2j9  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 fv_wK_. %:  
Q$vr`yV#=6  
/K!,^Xn
 
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms =|!~0O  
m6x. "jG  
3. 衍射效率的评估 Qf|}%}%fp  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 +lT]s#Fif  
^d9
raYE`'  
BP[U` !  
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。 +zdkdS,2<  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd "r V4[MVxt  
N 9&@,3  
4. 结果：衍射级次的重叠 z{g<y^Im+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。  >Y'yM4e*  
 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)。 8@aS9th$  
 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。 4) 3pa*  
 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) na3kHx@  
 光栅方程： X{xJ*T y'  
BNCJT$tYX  
SU'1#$69F  
erP>P  
&iOtw0E  
5. 结果：光谱分辨率 (<C%5x
k  
vEe  
$cOD6Xr)d  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run <u?hdwW\  
YB{E=\~  
6. 结果：分辨钠的双波段 (bt]GAxb1  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 )Zf}V0!?+  
   tMZ(s  
=(X'c.%i  
L[G\+   
设置的光谱仪可以分辨双波长。 %B&?D@  
+@uC:3jM  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run b2=Q~=Wc  
'<=MhNh\  
7. 总结 GLQvAHC  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 /eRtj:9M  
1. 仿真  |~uzQU7  
以光线追迹对单色仪核校。 A]?O&m|  
2. 研究 _ 1{5~  
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。 z83:a)U  
3. 应用 M y"!j,Up  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 z#J/*712  
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。 f5b`gvCY,#  
扩展阅读 O4PdN?  
1. 扩展阅读 DVoV:pk  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 N^yO- xk  
UVCMB_T  
 开始视频 A%*DQ1N  
- 光路图介绍 }Q=se[((  
- 参数运行介绍 _Q}RElA  
- 参数优化介绍  .02(O  
 其他测量系统示例： ) .-(-6=R  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Omh&)|Iql  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002)
!bV(VRbu  
]<;i}n| <  
7k t7^V<  
QQ：2987619807 :IT U0%;!+  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习