[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) rZi\  
X%sMna)  
应用示例简述 BB.^[:,dA  
l`wF;W!  
1.系统说明 +%'!+r l  
nF#1B4b>  
 光源 "dItv#<:}  
— 平面波(单色)用作参考光源 [e6zCN^t  
— 钠灯(具有钠的双重特性)
)<+t#5"  
 组件 xis],.N  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 m8:9Uv  
 探测器 kgZiyPcw  
— 功率 zF([{5r[!)  
— 视觉评估 knS(\51A  
 建模/设计 >Hd0l L  
— 光线追迹：初始系统概览 8=T[Y`;x  
— 几何场追迹+(GFT+)： \8}!aTC  
 窄带单色仪系统的仿真 Z6S?xfhr'{  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 OBm#E}  
[vV5@nP:  
2.系统说明 Fs}vI~}  
7+Z%#G~T  
<5t2+D]]}  
-
H+<81"B#  
3.系统参数 6 *GR_sMm  
R?E< }\!  
iKVJ
c=C  
,'%w
adOo  
)%6h9xyXt  
4.建模/设计结果 QO;OeMQv%  
1I#]OY#>  
_Xe"+  
-L6YLe%w  
总结 cmu|d  
0hB9D{`,{  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 >DSD1i+
N  
1. 仿真 1<(('
H  
以光线追迹对单色仪核校。 # ^q87y  
2. 研究 y~Ts9AE  
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。 TaqqEL  
3. 应用  z:p;Wm  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ri?k}XnhX  
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。 eJ"je@vvrK  
v\}s(X(J  
应用示例详细内容 xro%AM  
系统参数 wnr<# =,I'  
0Uf.aP  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 cq
So%a2  
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。 CEXD0+\q  
N, SbJ Z  
j0q:i}/U,  
BufXnMh.  
2. 系统参数
Iss)7I  
TRJ5m
?x  
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。 0n)99Osq(u  
~C31=\$  
fP>~ @^  
,u@V
i0  
3. 说明：平面波(参考) 98ot{+/LK  
$sS;#r0  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 dVKctt'C  
/JGE
T  
DV!10NqUr  
=#so
[Pd  
4. 说明：双线钠灯光源 VNT*@^O_=  
[~Vj(H=KwI  
m3']/}xHO  
 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。 my+2@ln  
 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)。 &peUC n  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 y3Qb2l  
,
>Yl(=&  
+zL|j/q?  
3`+Bq+  
5. 说明：抛物反射镜 O-,0c1ts  

\C&V)/  
I ]HP  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 E'iN==p_:  
 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。 A3s-C+@X  
=~P)7D6  
k/,7FDO?m  
nmWo:ox4;(  
g5@P  
(kmrWx= $  
6. 说明：闪耀光栅 #gcv])to  

&G$K.q  
k}hTSL  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。
mzm{p(.  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 4r tNvf5`  
E]c0+rh~  
(8td0zq  
*o}7&Hw#9f  
:x[SV^fw[  
]9lR:V sw  
7. Czerny-Turner 测量原理 c1sVdM}|  
}Hy4^2B  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 :v B9z  
t->I# t7  
4o3TW#  
mkuK$Mj  
*&doI%q  
8. 光栅衍射效率 M{4U%lk  
C0gO^A.d  
z2U^z
*n{  
 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。 3,yzRb  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 5*\]F}  
 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) 3,^.  
a98J_^n  
:x3"Cj  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd sH51 .JG  
c|s7cG$+-  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Y6RbRcJw  
[79iC$8B|  
:kKdda<g#  
o0 |T<_  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 +lw8YH  
~v6]6+   
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 w&x$RP  
v(P5)R,  
vw6DHN
)k  
Dg}$;PK  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 Y2aN<>f  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 [w{x+6uX'  
cvVv-L<[S`  
应用示例详细内容 dLbSvK<(I  
yrG=2{I  
仿真&结果 ZVz`g]  
5S 4Bz  
1. 结果：利用光线追迹分析 Jd28/X5&  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ,t +sw4  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 "sYZ3  
Slv91c&md,  
UsgrI>|l  
oVQb
c\P3  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd u;9a/RI  
(*Z:ByA  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 tE<'*o'  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 \k3EFSm  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度，
IL{tm0$r  
m,)o&ix1  
 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。 g\1|<jb3  
-5Oy k,  
dy]ZS<Hz8G  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms |4rqj1*U  
#ri;{
d^6  
3. 衍射效率的评估 g(dReC  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 o>HU4
O}  
hA1p#  
Nxr\Yey  
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。 q!{>Nlk  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd XD Q<28^  
*t
fD^nctO  
4. 结果：衍射级次的重叠 o(yyj'=(  
 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。 $|t={s34  
 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&P_  
 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。 6w~Cyu4Ov  
 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) Muyi
2F)j  
 光栅方程： O9rA3qv B  
x/ix%!8J  
VIg6'  
gxmY^"Jy  
N@X(YlO  
5. 结果：光谱分辨率 WAf"|
 
VniU:A  
-""(>$b2  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run i,wZNX  
]f>0P3O5&  
6. 结果：分辨钠的双波段 -vv_6ZL[  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 beB3*o  
   _&r19pY  
w?Pex]i{  
J-qUJX~4c  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 qRHT~ta-?  
0\V
)DV.i  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 0Oa&vx  
LtUvFe  
7. 总结 H5*#=It  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 k
*D8IB  
1. 仿真 Oh%p1$H  
以光线追迹对单色仪核校。 BjGfUQ  
2. 研究 wVs"+4l<  
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。 `g<0FQA  
3. 应用 *c 9S.  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 WF:4p]0~)  
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。 m\70&%v  
扩展阅读 ^7yaMB!  
1. 扩展阅读 Bo\~PV[  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 YFDOp*  
R{ udV  
 开始视频 8Ltl32JSB[  
- 光路图介绍 8`6G_:&X  
- 参数运行介绍 *Q
#oV}D_  
- 参数优化介绍 jib pZ)  
 其他测量系统示例： w OOu/Y  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) U8-OQ:2.  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) aKE`nA0\B  
`"hWbmQ  
xGFbh4H=8p  
QQ：2987619807 }=Xlac_U  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习