[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) 1URT2$2p  
\J\vp0[nO}  
应用示例简述 6pe4Ni7I2  
"%Lmgy:~  
1.系统说明 OHQ3+WJ  
)8\Z=uC  
 光源 M!{Rq1M  
— 平面波(单色)用作参考光源 jeyaT^F(   
— 钠灯(具有钠的双重特性) Z|f^nH#-C  
 组件 X{4xm,B/  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 1.xw'i  
 探测器 WJP`0f3  
— 功率 #0xm3rFy4  
— 视觉评估 >E{#HPpBi  
 建模/设计 7=AO^:=bx  
— 光线追迹：初始系统概览 RNsJ!or  
— 几何场追迹+(GFT+)： sCuQBZ h  
 窄带单色仪系统的仿真 30e(4@!4vW  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Ynv 9v\n|  
'
[0 3L9  
2.系统说明 YL_!#<k@  
p3i qW,[@  
CA'hvXb.  
`,<>){c|  
3.系统参数 cC*zj\O  
t"4Rn<-  
8j({=xb
g&  
us(sZG  
t%ou1&SO  
4.建模/设计结果 >0[qi1  
^2P;CAjj-  
%@)U/G6s}  
p=je"{  
总结 (2&K(1.Y  
m
^(E:6T  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 KX&Od@cQ$  
1. 仿真 a?f5(qW3  
以光线追迹对单色仪核校。 DRS;lJ2  
2. 研究 7~QwlU3n<F  
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。 WcQZFtW  
3. 应用 h=mI{w*  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 uT@8 _9  
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。 y$"~^8"z  
9.]Cy8  
应用示例详细内容 ?3e!A9x  
系统参数 9e|{z9z[l  
,DW0A//  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 70I4-[/z[d  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 M<hs_8_*  
w96j,rEC  
gDjd{+LUo  
gPn%`_d5  
2. 系统参数 xf{C'uF/  
=[43y%   
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 ACMpm~C8Gu  
(>kBmK1Aj  
Z\oAE<$  
pU\xzLD  
3. 说明：平面波(参考) _dB0rsCnU%  
0n=9TmE  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 l)2HHu<  
jn#N7%{Mk  
}r\SP3  
7m@^=w  
4. 说明：双线钠灯光源 <yb=!  
EUYa =-  
D[FfJcV'$  
 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。 cnjj) c  
 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)。 [M zc^I&  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 b{ubp  
NUO,"Bqq
 
E|6Z]6[  
jwtXI\@MS  
5. 说明：抛物反射镜 9-e[S3ziM  
\?Oly171  
U+3PqWB  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 It,n +
A  
 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。 ?yd(er<_f  
3:CQMZ|;@  
{/[?YTDU  
#uDBF
 
6DiA2'{f  
8-
l)TTP&.  
6. 说明：闪耀光栅 \c@qtIc  
bQnwi?2  
(B~V:Yt  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 \?`d=n=  
 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 Ar{=gENn  
vN6]6nUOiT  
qjRiTIp9q  
\gk3w,B?E  
ZJJl944  
VAB&&AL  
7. Czerny-Turner 测量原理 "T=3mv%S  
B}xo|:f!zj  
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。 gQcr'[[a  
DF&jZ[##  
rF j)5~  
u=UM^C!
 
/dP8F  
8. 光栅衍射效率 x /Ky: Ky  
{II7%\ya  
U8I~co:h  
 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。 )9W#5V$  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 A#07Ly8kXn  
 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) -gX2{dW  
!NY^(^   
z E7ocul  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Pc-8L]2oaF  
9+;f1nV  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 oG_'<5Bv>  
6+d"3-R.  
mUY:S |  
zSM7x  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 nQYS{`hk  
71m-W#zyA  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 }oxaB9r  
{q>4:lsS  
OL9C#er  
t 6
IaRD  
 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)。 F'_8pD7  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 c(=O`%B{  
gkn/E}K#  
应用示例详细内容 8gKR<X.G  
u2\qg;dP  
仿真&结果 |JQP7z6j]  
<"Cwy0V kp  
1. 结果：利用光线追迹分析 3jdB8a]T_  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 J?ZVzKTb>}  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ?m7"G)  
s6hWq&C  
}AfPBfgC1z  
{3uSg)  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ok_{8z\#  
fQA)r  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 oK1[_ko|  
 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)。 
c]
0  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Mz.&d:  
kb\v}gfiD/  
 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。 jmzvp6N$8  
=F-^RnO%\  
4<>:]  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms K}(n;6\  
}$c($  
3. 衍射效率的评估 D>^ix[:J  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 G[-jZ  
F+9`G[  
<%f%e4 [  
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。 eQIi}\`  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Kqu7DZ+W  
0A4
|  
4. 结果：衍射级次的重叠 )Bvu[rUy  
 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。 !D5`8  
 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)。 E4ee_`p  
 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。 ul&7hHp_u%  
 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) I}A#*iD
 
 光栅方程： pr89zkYw  
I~6 ;9TlQ  
_ILOA]ga#  
p6\9H

G  
u"|nu!p`  
5. 结果：光谱分辨率 M_)T=s *  
g*AqFY7|  
LtIZgOd<  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ebVfny$D  
g<c^\WG  
6. 结果：分辨钠的双波段 F RUt}*  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 9'aR-tFun;  
   1vd+p!n  
8rNxd=!  
IT33E%G  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 tR/ J
Y;jn  
}`]^LFU5  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 0evZg@JP`  
(ajX;/  
7. 总结 .8~ x;P6  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 99-\cQv  
1. 仿真 39eoL;O_  
以光线追迹对单色仪核校。 qT%E[qDS  
2. 研究 k_`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。 +y#979A,  
3. 应用 \MPy"uC  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 [_Z3v,vt,  
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。 Wd<}|?R  
扩展阅读 (<-0UR]%q;  
1. 扩展阅读 `-2`UGB-  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Bqj*{m  
5G[^ah<Tg  
 开始视频 GMI>$$<  
- 光路图介绍 |u=57II#xK  
- 参数运行介绍 -fn~y1  
- 参数优化介绍 Iqv 5lo .  
 其他测量系统示例： ?-i&6i6Y  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 7.-|3Wcg  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 7T78S&g  
c5u?\  
dksnW!  
QQ：2987619807 tzPe*|m<  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习