[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) qC F5~;7  
g&/T*L  
应用示例简述 'y8]_K*  
__mF?m  
1.系统说明 *m?/O}R  
{(r6e  
 光源 q6YXM  
— 平面波(单色)用作参考光源 cGjPxG;  
— 钠灯(具有钠的双重特性) %p%%~ewmx  
 组件 F:x [  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 (o3 Iy  
 探测器 %|s+jeUDn|  
— 功率 %*BlWk!Q  
— 视觉评估 2-Y<4'>  
 建模/设计 /Q,mJ.CnSR  
— 光线追迹：初始系统概览 MEB it  
— 几何场追迹+(GFT+)： SlsdqP 9  
 窄带单色仪系统的仿真 /SYw;<=  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 "DYJ21Ut4  
~69&6C1Ch  
2.系统说明  *6q5S4 r  
98^V4maR:  
13taFVdU  
kc0E%odF.v  
3.系统参数 #%DE;  
s[UHe{^T  
(o`{uj{
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;*MLRXq  
eM8}
X[  
4.建模/设计结果 #U14-
^7  
X&kp;W  
om1eQp0N  
K6R.@BMN  
总结 vN;mPd~g  
=>-Rnc@  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 F6z%VWU  
1. 仿真 ~@}Bi@*  
以光线追迹对单色仪核校。 nr<4M0tIp  
2. 研究 M3.do^ss  
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。 s0vDHkf8  
3. 应用 |ZmUNiAa  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 {;2PL^i  
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。 hIT+gnhh  
79;<_(Y  
应用示例详细内容 $&=S#_HQS  
系统参数 c Vc-  
uA<
n  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 DMOMh#[  
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。 *WuID2cOI  
ueUuJxq)  
w(L4A0K[  
Abc)i7!.,.  
2. 系统参数 ')cMiX\v  
> ;*b|Ik  
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。 HAa;hb  
y gz6C  
.6Pw|xu`Pw  
vw9@v`k  
3. 说明：平面波(参考) x<ZJb  
Tc? $>'  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Vh4X%b$TV  
~nay"g:  
'd9INz.  
X9V*UXTc  
4. 说明：双线钠灯光源 vQ 6^xvk]  
koug[5T5  
]Gsv0Xk1  
 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。 %iQD /iT5  
 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)。 {ttysQ-  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 yd d7I&$  
C&
(N I  
=%TWX[w  
.[I
Cx  
5. 说明：抛物反射镜 D9H?:pmv?  
YIG~MP  
s;ls qQk  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 V2wb%;q  
 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。 },{$*f[  
T4Pgbop  
9sYMSc~Bm  
GjvOM y  
0x@6^%^\  
*nkoPVpC  
6. 说明：闪耀光栅 0AL=S$B)
 
4O^xY 6m  
-(;26\lE  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 gCB |DY  
 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 )vE~'W  
Rl?_^dPx  
G3Hx!YW  
286jI7T  
vApIHI?-  
.WZ^5>M-  
7. Czerny-Turner 测量原理 4V)kx[j  
oqO(PU  
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。 )q8pk2  
Yi%;|]  
&5B'nk"  
65J
F`]  
}C"%p8=HM  
8. 光栅衍射效率 s<<ooycBrQ  
z]_wjYn Z  
Nk? ^1n$  
 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。 *av<E  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 iL-(O;n  
 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) <l
Pm1/8  
Bq%Jh  
[}E='m}u9+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 61C7.EZZ;  
}HYbS8'  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 PR#exm&  
#wwH m3  
{HltvO%8  
X!TpYUZ'  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 *K8$eDNZ  
c_$=-Khk  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 l*Gvf_UH  
{4<C_52t  
O`IQ(,yef  
P^~yzI  
 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)。 _^Ubs>d=*  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 itt3.:y  
;#W2|'HD  
应用示例详细内容 5IGX5x  
C!<Ou6}!b  
仿真&结果 t6"%3#s  
_$E6P^AQ  
1. 结果：利用光线追迹分析 x}Eg.S   
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 [6Izlh+D  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 v!~fs)cdE|  
3)<yod=  
i &nSh ]KK  
f643#1  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd y&$A+peJ
1  
_}Ac n$  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 mp1@|*Sn  
 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)。 ,wb:dj-  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， EHJ.T~X  
l ^0@86  
 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。 Ko<:Z)PS  
,f%S'(>w  
hn GZ=  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms &-)N'  
8b&/k8i:  
3. 衍射效率的评估  JYI,N  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 lfow1WRF  
y'.p&QH'`  
Woym/[i  
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。 PO:{t  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd A:%`wX}  
03X1d-  
4. 结果：衍射级次的重叠 tCH!m
y_  
 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。 MAR'y8I  
 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)。 ~Fcm[eoC  
 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。 ~!d\^Z
^i  
 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) +Mb.:_7'  
 光栅方程： l_d5oAh   
kS);xA8s]  
K\Wkoi5  
"%w u2%i  
0Th&iA4  
5. 结果：光谱分辨率 k1~&x$G  
VscE^'+  
&DX! f  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run TF\C@4Z  
IM'r8
V  
6. 结果：分辨钠的双波段 'n3uu1C  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 }o(-=lF  
   mO7
]9p  
QA`sx
 
QZ  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 B~ GbF*j  
{%H'z$|{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run |0b`fOS  
kbQ>a5`,x  
7. 总结 e
 X|m  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 *]) `z8Ox  
1. 仿真 R 'zWYQ  
以光线追迹对单色仪核校。 2HA:"v8  
2. 研究 14yv$,  
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。 \
Gvm9M  
3. 应用 [RhO$c$[\  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 LU%E:i|  
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。 }&J q}j  
扩展阅读 L#sMSVC+  
1. 扩展阅读 qo bc<-  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 1>h]{%I  
$%#!bV  
 开始视频 *^ZV8c}  
- 光路图介绍 aX'*pK/-  
- 参数运行介绍 uy$e?{Jf  
- 参数优化介绍 JK5gQ3C[  
 其他测量系统示例： mz0X3  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) hHnYtq  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) $'M!HJxb  
5U$0F$BBp  
+[mk<pQ  
QQ：2987619807 m;QMQeGz  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习