[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) ,Ej2]iO\7  
W}EI gVHs  
应用示例简述 cRsLt/Wr  
t*5d'aE`/  
1.系统说明 TD].*9  
FjRJSMwO,  
 光源 (P~Jzp9u  
— 平面波(单色)用作参考光源 2x{@19w)C  
— 钠灯(具有钠的双重特性) T5)Xl'Q  
 组件 {H#1wu^]O$  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 2/sD#vC  
 探测器 f/H rO6~k%  
— 功率 ?t$sju(\  
— 视觉评估 HWT0oh]  
 建模/设计 aDb@u3X@  
— 光线追迹：初始系统概览 9E)*X  
— 几何场追迹+(GFT+)： 18z{d9'F   
 窄带单色仪系统的仿真 d?GfT$1  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 YYr &Jcj  
kX
zm  
2.系统说明 9xP{#Qa  
vnMt>]w-}  
M(HU^?B{'  
*>V6KW  
3.系统参数 ~` @dI  
ji?0;2Y  
^+oi|y  
yZ~<! 5.P  
^_9 ^iL  
4.建模/设计结果 qe4hNFq  
OYzt>hdH  
iC?s`c0B  
1>jG*tr  
总结 2!\y0*}K  
m8n!<_NFt(  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 C$){H"#  
1. 仿真 bM;yXgorU  
以光线追迹对单色仪核校。 g9}u6q  
2. 研究 Vo+d3  
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。 !CtY.Lp  
3. 应用 {R `IA|T#k  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 kFgN^v^t  
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 cT?h  
Ev0GAc1  
应用示例详细内容 $_k'!/5  
系统参数 Wa #,>  
gGw6c" FRQ  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 Re5
m  
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。 KSIH1E  
VH4P|w[YF  
&JAQ:([:  
N?Mmv|  
2. 系统参数 uYIw ?fX
y  
0(|R NV_  
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。 pu=T pSZ  
1B'i7  
V[wEn9   
B, xrZs  
3. 说明：平面波(参考) 0!9vGs  
jec03wH_0  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 daaUC  
VXQS~#dQj  
m}:";>?#  
Vx
jEKc  
4. 说明：双线钠灯光源 _Ta9rDSP]  
to[EA6J8l  
SOb17:o3|  
 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。 $1H?k  
 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)。 -le:0NUwI  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ^8.R 'Yq  
q?[{fcNh$  
Q&(?D  
^c< <I-o|  
5. 说明：抛物反射镜 \-GV8A2:k  
.2Q`. o)  
,Ot3N\%yn  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 o%h\55S  
 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。 E?y0UD[8J  
*`ehI_v :  
TcZ Ci^1F  
.Y_RI&B!L  
AS|gi!OVA  
dS0G+3J&+E  
6. 说明：闪耀光栅 wz.Il-sm  
*{Wh-bc  
vnk"0d.  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 MgHyKn'rL  
 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 1(w0*`  
;s"m* 4N  
X^_,`H@  
ETH`.~%  
rNU,(htS  
LAwX9q`  
7. Czerny-Turner 测量原理 H b]   
dulW!&*No  
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。 (z2)<_bXJ  
cIl^5eE^Pq  
dT/Cn v=  
q*DR~Ov  
(d^pYPr{  
8. 光栅衍射效率 jA=uK6m  
]!YzbvoR  
:b=`sUn<X+  
 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。 m f4@g05  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 2r?g|< :  
 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) ]_d(YHYf  
kC|tv{g#>  
K_]LK  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Ip8 Ap$  
kt[#@M!}  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 F!pUfF,&  
&^9f)xb  
o"Ef>5N  
Lrq+0dI 65  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 8k_,Hni  
4DuZF -y  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 "kP.Kx!  
e6
sL N  
xg'0YZ\t  
2(\>PN-  
 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)。 deHBY4@  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ^Xa-)Pu  
hH"3Y}U@  
应用示例详细内容 w$Dp m.0(  
,:>>04O  
仿真&结果 gjo\gP@  
y;<jE.7>  
1. 结果：利用光线追迹分析 >IoOCQQ*  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 '?3Hy|}  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 4RTEXoXs  
IH>+P]+3"3  
=@3Qsd  
lV]l`$XI  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Bct>EWQ  
 U,Z(h  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 SvI  
 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)。 ^gb2=gWZ<  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ;yHA.}  
7F+f6(hB  
 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。 2a? d:21 B  
w'L;`k;Q  
$#KSvo{otI  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms h!d#=.R  
<~: g  
3. 衍射效率的评估 uX.Aq@j  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 VaX>tUW  
NiWooFPKJ  

_ZR2?y-M  
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。 [fO]oTh  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd o^7NZ]m  
YciZU  
4. 结果：衍射级次的重叠 Bb-x1{t  
 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。 P6IhpB59  
 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)。 v[Ar{t&  
 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。 N4HnW0  
 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) {{2ZWK 6|  
 光栅方程： OsC1('4@  
V]vk9M2q[l  
3!Bekn]  
hKX-]+6"  
/jS  
5. 结果：光谱分辨率 c&'T By  
.5ingB3%  
qPzgGbmD9  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run !sR`]0  
Q>sq:R+'  
6. 结果：分辨钠的双波段 DM>j@(uWF  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 NEJ Nu_Z  
   O"Xjv`j:  
T[<9Ty'^  
u
4)i7  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 .^Ek1fi.  
DoImWNLo  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run T_B$  
D$ `yxc  
7. 总结 a&y%|Gs^f  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 !FO||z(vb  
1. 仿真 F;MFw2G  
以光线追迹对单色仪核校。 JsiJ=zo<  
2. 研究 FQ O6w'  
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。 m\jp$  
3. 应用 F!Sm
CE(0x  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 5ue{&z @T  
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。 uFECfh  
扩展阅读 {){i ONd  
1. 扩展阅读 eOLS  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 }0f[x ?V  
u^:!!Suo  
 开始视频 .Olq_wuH  
- 光路图介绍 Zkxt>%20~  
- 参数运行介绍 0!!pNK%(  
- 参数优化介绍 2;6p2GNSh  
 其他测量系统示例： v?Y9z!M  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) .!=g  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 5$zC,g*#  
B23R9.FK  
nc l-VN  
QQ：2987619807 #x"pG  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习