[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) T9}dgf  
Frx_aGLH1  
应用示例简述 8*VQw?{Uee  
N-p||u  
1.系统说明 KxJDAP  
54]UfmT%I  
 光源 _!vuDv%  
— 平面波(单色)用作参考光源 rP(;^8l"  
— 钠灯(具有钠的双重特性) JGhK8E  
 组件 s/;S2l$`  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 Yv
{$
XI7  
 探测器 'OhGS
s|  
— 功率 >^@~}]L  
— 视觉评估 !a%_A^t7  
 建模/设计 7/=r-  
— 光线追迹：初始系统概览 UY\E uA9  
— 几何场追迹+(GFT+)： D#>d+X$  
 窄带单色仪系统的仿真 (r.y   
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 &$pQ Jf  
ob)c0Pz  
2.系统说明
PC,I"l  
T%TO?[cN  
8js1m55KT  
,}^;q58  
3.系统参数 ( ~>-6Nb 5  
cGg~+R2P  
p@YbIn  
\gir  
; jJ%<  
4.建模/设计结果 py/#h$eY  

-{*QjP;K  

P>]*pD  
;T!ZO@1X  
总结 ~MK%^5y?  
KW3
6nY\7  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 -0*z"a9<p8  
1. 仿真 U]E~7C  
以光线追迹对单色仪核校。 ^{O1+7d[.  
2. 研究 ?j8_j  
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。 s<LYSrd  
3. 应用 R{Me~L?  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 7a%)/)<D  
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。 }K 2fwE  
N<HJ}geC"  
应用示例详细内容 #/>OW2Ny  
系统参数 {k<mN Y  
$)jf  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 q+9c81b  
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。 $r(9'm}W  
7}fT7tsN  
X_wPuU%  
5mI}IS|@  
2. 系统参数 HhqNpU
 
!ac,qj7spa  
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。 @aWd0e]  
Dgz^s^fxU  
/Nd`eUn  
;c#jO:A5  
3. 说明：平面波(参考) e6'y S81  
'!XVz$C  
 采用单色平面光源用于计算和测试。
6"c(5#H  
843O}v'  
5oY^;)\/  
Wtj*Z.=:  
4. 说明：双线钠灯光源 qZh}gu*>  
!='L`.  
J@(69&  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 1>_2 =^[  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 z~RE}k  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 &jE@i#  
.QM>^(o$Z  
^[hx`Rh`t  
bb`8YF+?'  
5. 说明：抛物反射镜 /qPhptV  
7^]KQ2fF 8  
YyD0g9{  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 %2`.*]L  
 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。 T5+9#  
/9@VnM  
O g!SFg*  
5P![fX|5  
63pd W/\j  
]R]%c*tA  
6. 说明：闪耀光栅 @*5(KIeeC>  
%bgUU|CdA  
(Ujry =f  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 '>#8 F.  
 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 2X@"#wIg  
 t'e5!Ma  
qPgny/(  
Ws:MbZyr  
=]W[{@P  
9 kLA57  
7. Czerny-Turner 测量原理 MW|:'D`  
)PjU=@$lI  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 s73'h  
iO{LsG*5Z  
%<^j=K= 0  
trMwFpfu  
fsUZG6  
8. 光栅衍射效率 V5bB$tL}3  
NWII?X#T}  
}5lC8{wZ  
 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。 M.fA5r
J^  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 z?'z{+HY  
 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) 5O"$'iL  
@5*$yi 'Cp  
g0:{{w  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 
^BhS*  
sTw+.m{F  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 QEc4l[^{.B  
yUEvva
 
Y@2yV(m)o  
E$USam  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 f}w_]l#[G  
M&` b\la  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 5odXT *n  
!:M+7kmr7t  
Z^_gS&nDa~  
YU/?AQg  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 kt7x}F(?<  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 1EA#c>I$  
p;.M.  
应用示例详细内容 !TLJk]7uC  
>1RL5_US  
仿真&结果 U[W &D%'  
%{&,5|8  
1. 结果：利用光线追迹分析 -|
4 Oq  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 W}@IUCRs  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 a6\`r^@  
N."x@mV  
>Ft)v  
heQ
yz|o  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd [I`:%y  
jGe%'AN\  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 z['2  
 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)。 I %|;M%B  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， (h'Bz6K  
pKaU [1x?%  
 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。 oqbhb1D1<  
S ^$!n,  
0G`@^`  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms H h35cj  
8&3KVd`  
3. 衍射效率的评估 afE)yu`  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 O~mQ\GlW  
slAR<8  
GI6]Ecc  
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。 y%O^Zm1  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd C=qL0  
ehTv@2b  
4. 结果：衍射级次的重叠 (C0Wty  
 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。 8J:=@X^}  
 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)。 r+;k(HMY}[  
 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。 Y=t?"E  
 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) Yz#E0aTTA  
 光栅方程： d'iSvd.  
<Yg6=e  
k/1S7X[  
wsB  
#_WkV  
5. 结果：光谱分辨率 [}yPy))A  
8Oz9 UcG  
{.ypZ8JU  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run m|3Q'  
Z<,Hz+  
6. 结果：分辨钠的双波段 aJ}hlM>  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 _|T{2LvwT  
   kPoz&e_@  
nw(R=C  
Gn<0Fy2  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 >Y(JC#M;  
BS(jC  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run cg_ " }]Y1  
`@ny!S|1/  
7. 总结 31
UxYBY  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ?d+ri  
1. 仿真 ;tQ(l%!  
以光线追迹对单色仪核校。 a~?B/ g&_  
2. 研究 K+"3He  
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。 P+BGCc%);B  
3. 应用 i[I&m]N  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Mdq|:^px  
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。 #<X4RJ  
扩展阅读 |=07n K2  
1. 扩展阅读 w 62m}5eA  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 rT\~VJ>+i  
<v/aquLN  
 开始视频 yEk|(6+^  
- 光路图介绍 (:F]@vT  
- 参数运行介绍 vG7Mk8mIr  
- 参数优化介绍 h?v8b+:0  
 其他测量系统示例： \GQRpJ#h1  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) p3
Ozfk  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) QUaV;6 4  

P_'{|M<?  
 fDqDU  
QQ：2987619807 #!E`%' s]  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习