[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) a;K:~R+@,  
?D_zAh?pW  
应用示例简述 S~T[*Z/m  
l_:%?4MA  
1.系统说明 {8' 5  
fOVRtSls  
 光源 utr_fFu  
— 平面波(单色)用作参考光源 Z(L>~+%  
— 钠灯(具有钠的双重特性) {)mlXo(On  
 组件 rhrlEf@  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 _PIk,!<  
 探测器 v,jU9D\  
— 功率 5M*p1^ >  
— 视觉评估 [Mi~4b  
 建模/设计  :9<5GF(  
— 光线追迹：初始系统概览 oW6.c]Vo  
— 几何场追迹+(GFT+)： C.@TX  
 窄带单色仪系统的仿真 9c
LKb  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 7%hMf$KQ  
5J,vH  
2.系统说明 Z1Wra-g  
L,i-T:Z~=  
Fq8Z:;C8  
{?8rvAjY  
3.系统参数 vQ;Z 0_  
M<SZ7^9<  
;.iy{&$  
W+QI D/  
zIu1oF4[  
4.建模/设计结果 Q8_d]V=X:  
V{][{5SR  
gY%-0@g  
QZX+E   
总结 b{A#P?  
mwt3EV5  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 :0J;^@  
1. 仿真 k20tn ew  
以光线追迹对单色仪核校。 avQwbAh[  
2. 研究 LVSJK.B  
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。 '`S,d[~  
3. 应用 j:0z/gHp$  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 |q?A8@\u  
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。 @ Fu|et  
|.YL2\  
应用示例详细内容 ;*8$BuD  
系统参数 j*GYYEY  
S;Vj5  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 +S$x}b'5q  
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。 TV}H  
r'&VH]m  
T!8,R{V]4  
GE|V^_|i  
2. 系统参数 p &A3l  
9BP-Iet  
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。 2gA6$s7  
T5ol2  
7v{Dwg  
ct`89~"  
3. 说明：平面波(参考) =m UtBD.;  
ikUG`F%W  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 GujmBb  
06ZyR@.@v  
lwSA!W  
Z<`QDBN"4  
4. 说明：双线钠灯光源 d4~!d>{n|c  
/>H9T[3=  
t\ ym4`"  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 *&XOzaVU  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 A2..gs/  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 K1Mn
_)%  
Nzf 
tc  
51xiX90D  
S/V%<<[>p]  
5. 说明：抛物反射镜 ,XU<2jv]  
`fS$@{YI_  
)1N~-VuT  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ',P$m&
z  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 /@ m]@  
]V^ >aUlj  
 Z/RSZ-  
*mby fu0q  
L xP%o  
Q\rf J||  
6. 说明：闪耀光栅 1 8%+ Hy=  
S"HdjEF7\  
Kl_(4kQE_  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 H\R
ejGR  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 ||D PIn]  
{>g{+Eq  
9:R3+,ZN  
gu|=uW K  
U$|q]N  
9HB+4q[  
7. Czerny-Turner 测量原理 SSxp!E'  
't6l@_x  
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。 bgLa`8  
]"}BqS0  
By waD?  
k3K*{"z  
eAmI~oku  
8. 光栅衍射效率 s]]lB018O\  
Idb*,l|<  
w"5Eyz-eO  
 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。 fLnwA|n=  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 "iTjiH)Q(  
 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) ^s6}[LDW>@  
]DKRug5  
58XZ]Mc0  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd `6)(Fk--"  
b"WF]x|^  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 <pfl>Uf  
jYi,oE  
udu<Nis4  
)7 q"l3e"u  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Q66 +  
yI1:L -  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 1^LdYO?g'  
Ie(i1?`A8  
;Ax-f04gG  
w+/`l*  
 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)。 (IBT|
K  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 @QV0l]H0+  
arDl2T,igF  
应用示例详细内容 T[ZmD{6l  
.6P.r}  
仿真&结果 kh9'W<tE  
n74\{`8]o  
1. 结果：利用光线追迹分析 Ux7LN@4og  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 x>}ml\R  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 [a04
( 2g  
h<e  
kzKej"a;  
TY)QE  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd gYD1A\  
Ss+F  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 HwHF8#D*l  
 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)。 _;BwP  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， j@>D]j  
lFGuQLuqA{  
 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。 &cL1 EQ(  
ux<|8S  
^K;k4oK  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms bZNqv-5 4h  
zMR)w77  
3. 衍射效率的评估 zbmC?2$  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 r }lGcG)  
eAfi!!Z<  
@j^R+F  
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。 x="Wqcnj{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd m<h%BDSzr{  
SLKplLO  
4. 结果：衍射级次的重叠
xvV";o  
 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。 )O]6dd  
 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)。 ]xQv\u  
 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。 uZC=]Ieh  
 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) v>_@D@pr  
 光栅方程： hm,{C  
:~ot
zI4%!  
E`.xu>Yyj  
D5,]E`jwu  
{Rkd;`Q`!  
5. 结果：光谱分辨率 z:>cQUYl  
VHxBs  
,AP0*Ln  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ~w?02FU  
oX|T&"&  
6. 结果：分辨钠的双波段
pR61bl)  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 1Cw]~jh  
   qYC&0`:H  
3YHEH\60^  
lL}NiN-)t  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 Sc7 Ftb%  
N&HI)X2&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run QQrldc(I  
7*l$i/!  
7. 总结 xDo0bR(  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ;7'O=%  
1. 仿真 q&25,zWD  
以光线追迹对单色仪核校。 '^UHY[mX8  
2. 研究 :W.H#@'(  
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。 ,<v0(  
3. 应用 ^

%r6+ey  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 V&*IZt&  
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。 ;|q<t  
扩展阅读 w"j>^#8  
1. 扩展阅读 %e~xO x  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 #AJW-+1g.=  
/j~~S'sw  
 开始视频 'H530Y\  
- 光路图介绍 "w:h  
- 参数运行介绍 @7Ec(]yp  
- 参数优化介绍 ^Hx}.?1  
 其他测量系统示例： 2lTt  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) (VeK7cU  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) L/i'6(="  
zjmoIE  
\u,CixV=  
QQ：2987619807 #_DpiiS,.Q  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习