[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) ZZ]/9oiF%  
]m=* =LLC  
应用示例简述 n`vqCO7@'  
O>n L;I  
1.系统说明 ]^8:"Ky'  
;}.jRmnJ  
 光源 R+]Fh4t  
— 平面波(单色)用作参考光源 <*8nv.PX*  
— 钠灯(具有钠的双重特性) RLw=y{%p  
 组件 `w[0q?}"`  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 9P{5bG0o8  
 探测器 sN5x\9U  
— 功率 xZGR<+t  
— 视觉评估 yE{l Xp;  
 建模/设计 |>j=#2  
— 光线追迹：初始系统概览 >^+Q`"SN  
— 几何场追迹+(GFT+)： uvc0"g1h  
 窄带单色仪系统的仿真 AY[7yPP  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 feQ_dA q  
!yojZG MB  
2.系统说明 L7X._XBO[  
AH`tkPd  
IR5 S-vO  
ugVsp&i#  
3.系统参数 hy W4=   
g#Zb}^  
i*.Z~$  
K*7*`6iU  
V=3NIw18  
4.建模/设计结果 EpOVrk  
e%wbUr]c2  
dWI/X  
$v-lG(  
总结 &X}9D)\UJ  
XLEA|#  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 [GU!],Y  
1. 仿真 \n`UkxZn+  
以光线追迹对单色仪核校。 ~ Z%>N  
2. 研究 #)my)}o\p  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 YjvqU /[3  
3. 应用 |+suGqo  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Da?0B9'  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 m4>v S  
@<>](4D  
应用示例详细内容 Qy0bp;V/  
系统参数 G1$DVGo  
fCx~K'UWn  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 IL YS:c58=  
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。 w2/%e$D!9  
dkG-Yz~  
dH#o11[  
_ F@>?\B  
2. 系统参数 FZjtQ{M  
G]QD6b9~  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 "W\ #d  
|\~cjPX(  
KXicy_@DC`  
w`F}3zm  
3. 说明：平面波(参考) ~Z.lvdA_5  
8Vl!&j0s^  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 R0oP#
#]  
N{|N_}X`Y  
M={k4r_t  
]7h&ZF  
4. 说明：双线钠灯光源 u'Mq^8  
`A&64D  
~|l>bf  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 Q?W]g%:)  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 n+Fl|4  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 3o"~_l$z  
0fi+tc30  
/SlCcozFL~  
rIS \#j  
5. 说明：抛物反射镜 f.rHX<%q9B  
',J3^h!b  
0DS<
(  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ;9B:E"K?@1  
 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。 <aL$d7  
?%oPWmj}  
2)4{  
?=Ma7 y  
)ae/+Q8  
HbZ3QWP  
6. 说明：闪耀光栅 F =d L#@^  
Y,>])R[4  
6`X#<#_&  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 $Iqt c)DA  
 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 /+02BP  
LL kAA?P  
i&"I/!3Q@  
15Yy&9D  
0o`0Td
 
|W\CV0L2  
7. Czerny-Turner 测量原理 s{$c8  
4i/TEHQ  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 ^[^uDE <  
]<++w;#+x  
s&8Q
RI.  
xJc'tT6@  
4vE,nx=  
8. 光栅衍射效率 )1H]a'j  
(W*yF2r  
RFQa9Rxk  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 F4">go  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 WmOd1  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) u8-)LOf(  
p]=8=pE<  
`|v0@-'$  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd "qQU ^FW  
[x-Z)Q.5  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 w7w$z_P  
A+;]# 1y(D  
\*d@_oQ$  
I?l*GO+pz  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 >{npg2  
Hsx`P  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 o` ,&yq.  
So0YvhZ+  
iK=H9j  
.+{nfmc,c  
 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)。 K6!`b( v#  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。  ,u
lTZV  
%oC]Rpdu  
应用示例详细内容 z\fD}`^8  
fN8A'p[  
仿真&结果 `I_%`15>  
m!E36ce}  
1. 结果：利用光线追迹分析 J"FKd3~:E  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 IExQ}I  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 _RY<-B   
_qJ[~'m<^C  
* Oyic3F  
8
=)Aksu  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd $0iz;!w  
<~X=6  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 =NyzX&H6  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 P|_?{1eO2  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， |WubIj*\{  
e`#G
q0}8  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 LF*3Iw|v  
EzzzH(!j  
p*NC nD*  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 2/?pI/W  
UxD1+\N6?  
3. 衍射效率的评估 }u:^Mz  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 4ol=YGCI_  
>G/>:wwSP.  
"Z}0A/y  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 BQ_\8Qt|  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd I%{^i d@  
;#fB=[vl";  
4. 结果：衍射级次的重叠 nGX~G^mZ  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 {vA;#6B|  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ]DC]=F.  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 :M|bw{P*  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) |mY<TWoX  
 光栅方程： ?uQ|?rk  
EkWe6m  
><`.(Z5c  
K<Ct  
a;/4 ht  
5. 结果：光谱分辨率 =p&6A^  
8a. |CgI#h  
jnH44  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run %,~; w0  
!d
VcnK1  
6. 结果：分辨钠的双波段 HzH_5kVW  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。  LFGu|](  
   >SfC '*1  
Arfq  
R&PQ[Xc  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 rYm<U!k  
v6f$N+4c  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Wc`Vcn1  
Vy-S9=  
7. 总结 Nmi#$K[x  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 "NC(^\l/  
1. 仿真 ua7I K~8l  
以光线追迹对单色仪核校。 5:n&G[Md  
2. 研究 r=&PUT+vt  
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。 :GL|:  
3. 应用 -!;vX @  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 vc^PXjX  
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。 UxzwgVT  
扩展阅读 :p8JO:g9  
1. 扩展阅读 <!DOCvd
 
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 IwWo-WN7.  
Q&M(wnl5  
 开始视频 +H="5uO<  
- 光路图介绍 ?]h+En5z8  
- 参数运行介绍 &Lq @af#  
- 参数优化介绍 \ 0<e#0-V  
 其他测量系统示例： :Q\h'$C  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) o/=K:
5  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) WYaDN:kZf  
3UrqV`x \  
rRC3^X`u  
QQ：2987619807 L/<Up   

楼上你有图中的仿真文件么

想学习