[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) H,TApF89A  
S6M7^_B4F  
应用示例简述 ykbfK$jz  
<|k :%  
1.系统说明 ~"%'(j_4  
!B Pm{_C  
 光源 C _he=SV  
— 平面波(单色)用作参考光源 =b*GV6b  
— 钠灯(具有钠的双重特性) })] iN"  
 组件 1y:fH4V  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 "Q+wO+}6  
 探测器 @#hQ0F8  
— 功率 MD$W;rk(Hn  
— 视觉评估 EE]xZz>o  
 建模/设计 1p~ORQ  
— 光线追迹：初始系统概览 B ZU@W%E  
— 几何场追迹+(GFT+)： `\(co;:  
 窄带单色仪系统的仿真 .$pe
q  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 axmq/8X  
Z{vc6oj  
2.系统说明 Q^va+O  
6t7FklM%  
lS Y "  
Eg1TF oIWl  
3.系统参数
%?n=In(F  
C+t3a@&|  
afHRy:<+%  
e=h-}XRC  
T\Xf0|y  
4.建模/设计结果 FWeUZI+  
7l-MVn_8  
MPnMLUB$\  
>A@yF?  
总结 |in>`:qk  
]0<K^OIY  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Hc8^w6S1@  
1. 仿真 Z0H_l/g  
以光线追迹对单色仪核校。 +pSo(e(  
2. 研究 Q*Jb0f  
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。 0= bXL
!]  
3. 应用 1E!.E=Y?M  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 .s"Og;g  
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。 +cXi|Zf  
,#BD/dF  
应用示例详细内容 + R6X  
系统参数 :I"22EH  
shdz
kET8N  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 /Bgqf,N |  
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。 bHm/ZZx  
l#C<bDw  
0?t;3z$n  
>q?{'#i /  
2. 系统参数 h3E}Sa(MQ:  
;~r-P$kCY  
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。 AW\uE[kg  
C8v  
a{e 2*V  
28M^F~0  
3. 说明：平面波(参考) /+B6oE>8  
H(Wiy@cJn  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 416}# Mk  
s+_8U}R  

/C'_-U?  
|Wck-+}U  
4. 说明：双线钠灯光源 5`&@3 m9/  
I+W,%)vb  
?z|Bf@TJ[+  
 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。 W\0u[IV.x  
 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)。 #a@jt  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 L Y4bn)Qf  
cGo_qR/B(>  
%L)QTv/  
?Qd`Vlp7  
5. 说明：抛物反射镜 7Q'u>o  
3&E@#I^],  
*C|*{!  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 0n4(Rj|}2  
 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。 R$IsP,Uw  
O5:U2o-  
SJc*Rl>
 
ro?.w  
F@ pf._c  
RWu< dY#ym  
6. 说明：闪耀光栅 )#4(4 @R h  
t:oq'
t  
w(S&X"~  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ukWL3  
 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 uF3{FYM{I  
B k\KG  
GHLFn~z@XJ  
AK'3N1l`  
l{?9R.L  
"p+oi@  
7. Czerny-Turner 测量原理 Z/GSR$@lI  
Ed;!A(64r  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 5>e<|@2 X  
E*tT^x)  
3 %r*~#nz  
ow`F 
7  
]RadwH"0!  
8. 光栅衍射效率 Rq",;,0ZJ  
Q9p7{^m&E  
)B-[Q#*A-  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 MYxuQ|w  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 rK;<-RE<[:  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) *\iXU//^)  
,G?Kb#  
c9nv=?/}f  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd v13\y^t  
d7&d FvG  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 R;U4a2~  
j~+(#|  
HpeU'0u0VK  
%/nDG9l  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 |yj0Rv  
~EQ# %db  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 zw5Ol%JF  
48;b  
f/.f08  
DtS7)/<T  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 4}0YLwgJ  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 n#?y;Y\  
>*^SQ
{9  
应用示例详细内容 %bdBg  
SuV3$-);z  
仿真&结果 ?caHS2%?ae  
#+h#b%8  
1. 结果：利用光线追迹分析 u,=?|M\  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 v$;URF%^  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Y@Ry oJ  
&(o&Y  
D^t:R?+  
I&^hG\D  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ]gA2.,)}D  
D~Q-:G$x  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 EuVA"~PA  
 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)。 '['x'G50  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ]_!NmB_3  
=yJV8%pa  
 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。 d,'gh4C  
PCH$)F4^  
='e_9b\K  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ]-+l.gVFW  
Cnu])R  
3. 衍射效率的评估 I&&;a.  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 04Uyr;y  
N /;Vg^Wx  
S%G&{5  
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。 pgv, Su  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 5@W63!N  
f&Sovuuh
 
4. 结果：衍射级次的重叠 {?mb.~(  
 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。 $(yi+v  
 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)。 :8v? 6Q  
 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。 #rz!d/)Q  
 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) ?
jbx7')  
 光栅方程： Iy4REP|  
LS-_GslE7\  
%?/vC6  
mZnsr@KF  
?2gXF0+~Y2  
5. 结果：光谱分辨率 \z@:OR,  
tC/+  
 z'5  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Psf{~ (Ii  
iDsY5l  
6. 结果：分辨钠的双波段 DoN]v  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 3r?T|>|  
   {uqP+Cs  
*m'&<pg]X  
XHJ/211  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 R3#| *)q  
{yxLL-5c  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run "SC]G22  
#~r+Z[(,p  
7. 总结 xaq/L:I<  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 UnZc9 6  
1. 仿真 dL1{i,M  
以光线追迹对单色仪核校。 $/E{3aT@F2  
2. 研究 zP$"6~.  
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。 {3Dm/u%=9|  
3. 应用 Yqt
~h  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 B+c,3@)x  
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。 sr<\fW  
扩展阅读 =6qSo @  
1. 扩展阅读 4Le{|B  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 9S5C{~P4  
#zb67mg~  
 开始视频 1 a%1C`d  
- 光路图介绍  ftV~!r  
- 参数运行介绍 (|tR>R.Wxg  
- 参数优化介绍 <yw=+hz[u  
 其他测量系统示例： M'NOM>8  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) MiMDEe%f%  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ndvt $*  
"DecS:\  
N=@8~{V.  
QQ：2987619807 ^>y|{;`  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习