[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) qdxDR 2]U  
IeAUVRS)  
应用示例简述 u&<NBxY  
=~q Xzq  
1.系统说明 %o_CD>yD  

Bxk2P<d  
 光源 tUhr gc  
— 平面波(单色)用作参考光源 J5SOPG  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 6.6x$y3v  
 组件 Fia
eo0  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 )NnkoCNeE  
 探测器 x }i'2  
— 功率 fKNDl\SD  
— 视觉评估 qbKcI+)47  
 建模/设计 &Vbcwv@  
— 光线追迹：初始系统概览 B&?xq)%*#  
— 几何场追迹+(GFT+)： j1K?QH=e#{  
 窄带单色仪系统的仿真 D)bR-a_^  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Am=O-; b'8  
23'Ac,{  
2.系统说明 v<E_n;@9k  
vg\fBHzn
 
W<M\b#  
# N'_~:H  
3.系统参数 5Eu`1f?  
pXf5/u8&  
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tx]!|x" F  
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4.建模/设计结果 28O3N;a  
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/,3:<I  
总结 ]Ab$IKY  
CM 8Ub%  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 cLm{gd4 W  
1. 仿真 yD(v_J*  
以光线追迹对单色仪核校。 -XWlmw*i(g  
2. 研究 8[d6 s  
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。 \"l/D?+Q  
3. 应用 L lVE5f?  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 J4jL%5t  
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。 vR'rYDtU@  
ju(QSZ|;  
应用示例详细内容 ::!{f+Up  
系统参数 &I?d(Z=:\  
R![1\Yv&
 
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 Df0m  
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。 ;\gHFG}  
ci`N,&:R  
 S/Gy:GIf  
Q3aZB*$
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2. 系统参数 NXdT"O=P  
UE 
K$  
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。 OB\jq!"  
2IFEl-IB[  
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"U iv[8B  
3. 说明：平面波(参考) #i|AE`  
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 采用单色平面光源用于计算和测试。 FWuk@t[<O  
*!L it:H  
k>!A~gfP~  
T<~?7-O"  
4. 说明：双线钠灯光源 Hb@PQ
cj  
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 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。 );*#s~R  
 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)。 =l1O9/\9  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ;09U*S$eK  
7A4_b8  
n]snD1?KX  
8aa`0X/6  
5. 说明：抛物反射镜 Un{9reX5  
{{Z3M>Q  
btv.M  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ]B9Ut&mF;  
 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。 V.~C.x  
KmaMS(A(3  
p|VgtQ/)%  
#~:@H&f790  
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R^tDL  
6. 说明：闪耀光栅 <wO8=bem  
rT28q.  
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 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 4%,E;fB?=  
 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 i2
m+s;  
Afo qCF  
"CF{Mu|Q
=  
qn#f:xltu  
$+p4X# _  
(}&O)3)  
7. Czerny-Turner 测量原理 [Z{0|NR  
w[?E oFI$Y  
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。 GJbU1k]  
7W `gN[*  
K*fh`Kz  
 ylBjuD+  
j;_ >,\  
8. 光栅衍射效率 ^{w]r5d  
I+_u?R)$  
B3-;]6  
 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。 ?s5hckhh  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 OAd}#R\U  
 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) :/941?%M  
<ZgbmRY8  
?(P3ZTk?.  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd G$!JJ. )d  
Qlgii_?#@  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 KI~M.2pk  
o@blvW<v7  
MNZD-[  
:;u?TFCRx  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 kPg| o3H  
3CArUP  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 L>1i~c&V  
8^ezqd`  
FT+[[
9i  
#JIh-h@  
 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)。 V [KFZSA  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 euc|G Xs  
+-+%6O<C  
应用示例详细内容 {t1;icu  
Jx_BjkF  
仿真&结果 =TG[isC/F9  
hRKA,u/G  
1. 结果：利用光线追迹分析 ^i!6q9<{e  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 WwBs_OMc  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 O0Sk?uJ<  
^ ;XJG9a0\  
u?+i5=N9{  
YqSkz|o}m  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Y}Gf%Xi,  
"de3Sbj@?  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 7lYiufg  
 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)。 )S2GPn7  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， }Uc)i
NU  
c-gpO|4>  
 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。 N5\]VCX  
/3ty*LQT  
rS
^+y{7  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms n~|sMpd,M1  
^B`*4  
3. 衍射效率的评估 !<2%N3l  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 :]g>8sWL  
Tz{f5c&  
N(@B3%H2/J  
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。 ^a+H`RD  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 27q=~R}  
P>s3Rh3:  
4. 结果：衍射级次的重叠 q"O4}4`  
 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。 (h3f$  
 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)。 eW>Y*l%B  
 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。 ,8^QV3  
 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) W+&<C#1|]  
 光栅方程： 'ZboLoS*-  
PA_54a9/<  
0M_~@E*&  
!9ytZR*  
py8)e7gX=  
5. 结果：光谱分辨率
x'IYWo ]  
c&AJFED]<  
ndCHWhi  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 
e[)oT  
z;#]xCV  
6. 结果：分辨钠的双波段 gcKXda(  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 O h{>xg  
   n?=d)[]  
8n1<nS<  
6< T@\E  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 zs<2Ozv  
@W+m;4HH  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 7j22KQ|EX^  
D`e6#1DbJ  
7. 总结
0 P]+/  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 MJDW-KL-  
1. 仿真 .Fe_Z)i>h  
以光线追迹对单色仪核校。 f0d*%  
2. 研究
EO: VH  
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。 2:4:Q[{A  
3. 应用 UcI;(Va  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 oM~;du  
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。 gXP)Y
N  
扩展阅读 (SnrYO`#  
1. 扩展阅读 lcqpwSk  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Z| f~   
x$@Gp  
 开始视频 ;?K>dWf3f  
- 光路图介绍 de<T5/  
- 参数运行介绍 #i1z&b#@  
- 参数优化介绍 zZ*\v  
 其他测量系统示例： X]T&kdQ6q  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) fp`k1Uq@  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) [42Eq
VR  
]XS[\qo  
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QQ：2987619807 lc8zF5  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习