[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) F=r`'\JV[  
RoeLf Ow  
应用示例简述 n>i}O!agg  
GMQKR,6VM  
1.系统说明 -VhxnhS  
/E<:=DD<  
 光源 A,
#a?O6m  
— 平面波(单色)用作参考光源 ^A' Bghy  
— 钠灯(具有钠的双重特性) i :Sih"=  
 组件 31=vUS  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 '(!
U5j  
 探测器 C!s !j  
— 功率 N4[^!}4  
— 视觉评估 LGPPyKNx  
 建模/设计 ^.~m4t`U  
— 光线追迹：初始系统概览 T@x_}a:g  
— 几何场追迹+(GFT+)： NG?-dkD  
 窄带单色仪系统的仿真 J!@`tR-  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 4oA9|}<FR  
Ki(  
2.系统说明 \1mTKw)S  
Cso-WG
,  
Gfy9?sa  
{axMS yp;  
3.系统参数 e<1)KqG  
bA8RoC  
}Z3+z@L  
CwQRHi  
rugR>&mea  
4.建模/设计结果 @w{"6xc%a  

8KyF0r?  
;
/=6~%  
i*2l4  
总结 ]0@ 06G(y  
Bl!R bh\  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 QDpzIjJj  
1. 仿真 ePxwN?  
以光线追迹对单色仪核校。 jz"-E  
2. 研究 XYdr~/[HPy  
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。 X>kW)c4{b  
3. 应用 *>8Y/3Y\B  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 *Ph@XkhU  
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。 YqNI:znm-  
v!77dj 6I  
应用示例详细内容 M&~cU{9c  
系统参数 sTChbks  
-5TMV#i {  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 32Jl|@8,g  
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。 (Q~(t  
/Vy,6:$H3  
oES4X{,  
!y syb  
2. 系统参数 <9yB& ^  
X Cf!
xIv  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 -P[bA0N,  
\\i$zRi  
_ pKWDMB$z  
!p$k<?WXc  
3. 说明：平面波(参考) fgE
Mn;  
f%cbBx^;  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 cu#s}*Ip  
RuuXDuu:VL  
=V*4&OU  
{u_2L_  
4. 说明：双线钠灯光源 'Bb@K[=s  
pSh$#]mZ`  
l5fF.A7TT  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 F}dq~QCzw  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 r,-9]?i  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ^#)M,.G^  
ug.'OR  
4,P!D3SH  
\B1<fF2  
5. 说明：抛物反射镜 IWD21lS  
y_A?}'X  
K}1eQS&$a  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 &nX,)"  
 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。 RRBBz7:~  
T_1p1Sg  
gP 6`q  
g{%2*{;i  
3PU'd^  
Zk#?.z}  
6. 说明：闪耀光栅 h&$,mbEoI  
[tY+P7j9)  
iz pFl@WS  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 96.Vm*/7  
 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 I7/X6^/}  
6K 6uB ~  
&6}] v:  
{%Ujp9i  
Owz.C_{)  
` "JslpN  
7. Czerny-Turner 测量原理 5xF R7%_&  
d?_LNSDo  
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。 P2^((c  
*N
|s+  
=gb(<`{>  
}R]^%q@&  

b/g"ws_  
8. 光栅衍射效率 BL Q&VI4  
BpQ/$?5E"  
b$Ch2Qz0q  
 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。 ^&-H"jF  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 z`Cq,Sz/  
 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) _$Hx:^p:  
'ffOFIz|=I  
]\_T  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd uRu)iBd D  
zLHE;  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 F9&ae*>,  
61^5QHur
 
zkrcsc\Z~0  
:5M7*s)e16  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 4;hgi[  
; 3WA-nn  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 xjDV1Xf*  
=z$XqT.'  
i`2X[kc  
8x J]K  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 /kY|PY  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 -n`igC  
[# '38  
应用示例详细内容 `/z6Q"  
Ydr
/ T/1  
仿真&结果 Cp@' k;(  
'l}T_7g  
1. 结果：利用光线追迹分析 i@C$O.m(  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 URFp3qE  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Wqu][Wa[Z
 
"x*5g*k  
-^sbf.  
=tv,B3Mo  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd AShnCL8uR  
Vp'Zm:
 
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 d:"]*EZ [  
 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)。 DGwN*>X  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， u0@i3Po  
x{X(Y]*1S  
 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。 M=hH:[6 &  
U 
Ux]  
=nYd|Ok  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms rK%A=Q
 
D{{ME8  
3. 衍射效率的评估 z3 lZ3  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 YYz,sR'%|}  
y@kRJ 8d  
|nN{XjNfP5  
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。 OeuM9c{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd na&?Cw  
D9;2w7v  
4. 结果：衍射级次的重叠 LH4!QDK-  
 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。 ^qaS  
 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)。 cVt MCgx  
 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。 3K/32Wi  
 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) "Z&-:1tP{9  
 光栅方程： 93-UA.+g  
_JZwd9K  
Gyak?.@R  
cu4&*{  
w~NQAHAvo  
5. 结果：光谱分辨率 H+`s#'(i_P  
E*ug.nxy  
iINd*eXb^  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run )x/Spb  
Dk!;s8}*c  
6. 结果：分辨钠的双波段 lw4#xH-?  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Tl^9!>\Q  
   cuO)cj]@e  
SO#NWa<0|  
i(
^&ZmG  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ad "yo=%1  
4LRrrW  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run &@O]'  
QkXnXu  
7. 总结 HuPw?8w=  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 4aAuE0  
1. 仿真 iNX%Zk[  
以光线追迹对单色仪核校。 P8N`t&r"7  
2. 研究 o5UM)g  
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。 0j^QY6  
3. 应用 8E:8iNbF  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Zl69d4vG  
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。 VQ5D?^'0/  
扩展阅读 \Kp!G1?_AY  
1. 扩展阅读 2D;,
'  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 _d#1muZ?p|  
 -a``  
 开始视频 (!72Eaw:]  
- 光路图介绍 WoVPp*zlX  
- 参数运行介绍 Yj/aa0Ka4  
- 参数优化介绍 OOzk@j^  
 其他测量系统示例： '->%b  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Z)?i&y?  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002)  L|hdV\  
hk =nXv2M  

F?UI8  
QQ：2987619807 e6E{l  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习