[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) /_)l|<k+V  
zC=a3  
应用示例简述 %D`o  
UX2lPgKdLz  
1.系统说明 v*z(@<Y  
L[y Pjw:0  
 光源 n*<v]1  
— 平面波(单色)用作参考光源 gzf-)J  
— 钠灯(具有钠的双重特性) X`:'i?(yj  
 组件 G>w+#{(  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 T_LLJ
}6M  
 探测器 M&KyA  
— 功率 c7K!cfO:{N  
— 视觉评估 $shp(T,q  
 建模/设计 )K;]y-Us[  
— 光线追迹：初始系统概览 D//=m=  
— 几何场追迹+(GFT+)： FOH@OY  
 窄带单色仪系统的仿真 Dz;HAyPj  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 d(;4`kd*N  
gl8Ib<{  
2.系统说明 fvqd'2 t  
W2]TRO  
^A9M;q  
!l 6dg&
 
3.系统参数  )h_8vO2  
Elb aFbr  
B{MaMf)  
`VT>M@i/  
'wQv3;  
4.建模/设计结果 poT&-Ic[  
Udgqkl  
2S~R!   
eSfnB_@x2  
总结 +v7) 1y  
W0I4Vvh_"  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 e,0-)?5R  
1. 仿真 ldqLM  
以光线追迹对单色仪核校。 CvDxq:x  
2. 研究 UvJ;A  
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。 ny*i+4Mb  
3. 应用 vScjq5"p  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 F<|t\KOW  
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。 n3KI+I%nQ  
#7G*GbKY  
应用示例详细内容 ~h$wH{-U#  
系统参数 Um`!%  
l\OLyQ  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 `A@w7J'  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 
4hs)b  
ravyiOL  
pG3k   
?C-Towo=i  
2. 系统参数 :-T*gqj|  
]?+{aS-]?k  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 3gEMRy*+  
nz]&a1"&  
M@et6aud;K  
=qy@Wvj$  
3. 说明：平面波(参考) Lgk  
iUi>y.}"P  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 soRv1)el  
D{8PQ2x>  
SmwQET<H  
4T6 {Y  
4. 说明：双线钠灯光源 Q\ppfc{,  
/]
^#b  
@(g_<@Jz  
 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/$Zvl  
 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)。 c2nKPEX&5  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ^x>Qf(b  
:aCrX  
Yr.sm!xA  
Qn@Pd*DR  
5. 说明：抛物反射镜 v=@TWEE  
K<`osdp=&  
CNZz]H  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 D\dWt1n  
 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。 AlE8Xu9UB  
{76c%<`WaP  
!E8X~DJ  
'7^M{y/dU  
soA|wk\A  
nAIo{ F  
6. 说明：闪耀光栅 b//B8^Eong  
|1b_*G4|  
W!Hm~9fz  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 {9Y
+.46S  
 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 Dl(3wgA  
q;g>t5]a  
~c^>54  
XR2~Q)@  
MTg:dR_  
9vUO
*D  
7. Czerny-Turner 测量原理 M5nWVK7c  
I-y#Ks1p+  
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。 f"7O "6  
>(uZtYM\j  
L37Y+C//  
0.T4{JS#  
%VYAd)gC  
8. 光栅衍射效率 C2LL|jp*  
gb ^?l~SS  
IW 21T  
 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。 _vSn`  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 k.("3R6v:  
 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) dm0QcW4  
j 8*ZF  
p&+;w  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd JD@J[YY5R  
JlMT<;7\  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 /|#&px)G  
&j(+/;A  
Ox#\M0Wn$3  
6"Bic rY  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 _^Mx>hb4.  
*Qugv^-  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 q0f3="  

ST\$=  
}|P
Y!O  
}*.0N;;C  
 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)。 JkW9D)6  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 :Y9N
Lbv  
!vG'J\*xc  
应用示例详细内容 I%- " |]$  
G}&Sle]  
仿真&结果 $)
3%U?AP  
*OuStr \o  
1. 结果：利用光线追迹分析 -S3MH1TZ  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 w"R:\@ F  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 aW>6NDq(  
^G6RjJxqp8  
;&1
V0U,fx  
%f($*l.  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd B}PIRk@a1  
_.L4e^N&UO  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 w@
N  
 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)。 &f&z_WU  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， _YcA+3ZL  
\&H nKhI  
 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。 os/vtyP:a  
0
GJn_@hr  
~gGZmTb  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms `uC@nJ  
**}h&k&%2  
3. 衍射效率的评估 `FoxP  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 H^YSJ6  
*Z|y'<s  
xO-+i\ ZV  
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。 lo[.&GD  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd YW{C} NA  
wE~V]bmtW  
4. 结果：衍射级次的重叠 ,yd?gP-
O  
 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。 CiB%B`,N  
 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)。 HuOIFv  
 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。 ]xuG&O"SBV  
 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) $m42:amM  
 光栅方程： _-EyT  
L'u\w  
g]*#%Xa  
fFc/ d(  
k{'0[,mx#  
5. 结果：光谱分辨率 0}b tXh  
>%wLAS",w  
y-1 pR  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run qHxqQ'ks;  
>Z1sb n  
6. 结果：分辨钠的双波段 5H ue7'LS  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 @HOBRRm`  
   9=UkV\m)  
3`k;a1Z#O'  
V3"=w&2]K  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 xXM{pd  
mya_4I m  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run
dH-s2r%s  
e
d<n9R  
7. 总结 a[ex[TRKe  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 gSh+}r<7  
1. 仿真 ~c&bH]cj  
以光线追迹对单色仪核校。 0zi~p>*nJC  
2. 研究 l(02W  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 +(h\fm7*-  
3. 应用 ;72T|e  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 dxmE3*b`  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Bro9YP4<  
扩展阅读 \Cii1\R=  
1. 扩展阅读 UXh9:T'%  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 l6d$V9A  
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]h c  
 开始视频 ndkti5L,   
- 光路图介绍 Z-l=\ekJ  
- 参数运行介绍 v#!%GEg1r  
- 参数优化介绍 ?#45wC  
 其他测量系统示例： #Y4=J 6  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) IyPwP*A  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) =F@Wgn,  
`|/<\  
'nwx9]q  
QQ：2987619807 (_"*NY0  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习