[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) {1OxJn1hd  
eZPeyYX  
应用示例简述 (NvjX})eh  
N x&/p$d  
1.系统说明 =:s`C,l.4  
hi[nUG(OI  
 光源 m>vwpRBOA  
— 平面波(单色)用作参考光源 &" t~d}Rg  
— 钠灯(具有钠的双重特性) !
#)t<9]fv  
 组件 T ?[28|  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 |ky40[C  
 探测器 cpjwc@UMe  
— 功率 M4C8K{}  
— 视觉评估 ?.VKVTX^  
 建模/设计 F<I*?${[  
— 光线追迹：初始系统概览 n>ui'}L  
— 几何场追迹+(GFT+)： GJ*IH9YR  
 窄带单色仪系统的仿真 L?[m$l!T}  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 VC88r
e`  
K'ZNIRr/C  
2.系统说明 * hs&^G  
0A)0Zw  
Vn^GJ'^  
oFU:]+.+D  
3.系统参数 w{W+WJ  
{}YA7M:L  
[Y](Y3/.N  
H[~ D]RG}'  
h:8P9WhWF  
4.建模/设计结果 d-~V.  
6j|Ncv  
!XtG6ON=  
S $p>sItO  
总结 U80=
f2  
yt
IPY7E  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Km(i}:6"  
1. 仿真 J 4gtm"2)  
以光线追迹对单色仪核校。 j?N<40z  
2. 研究 l}uZxKuYx  
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。 dS6 $  
3. 应用 k9x[( #  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 a yoC]rE  
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。 +LRKS  
;mU;+~YE  
应用示例详细内容 '
4FH9J  
系统参数 nc;eNB  
,m#  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 B5z'Tq1  
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。 t.9s49P  
+|LM"  
'.bf88D  
s:tX3X  
2. 系统参数 X9Ch(nWX  
,->K)Rs;  
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。 R0RxcBtG  
7%  D4  
^`kwSC  
QR&e~rks  
3. 说明：平面波(参考) Q7aPW\-  
1#=9DD$4  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 \78E>(`'  
4Im>2)  
B.; qvuM~  
9A"s7iJ)  
4. 说明：双线钠灯光源 @U_CnhPQq  
I<#X#_YP  
B%8@yS  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 G<7M;vRvP  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 G`FYEmD  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 uY.Ns ?8  
C+TB>~Gv`  
r:bJU1P1$s  
~M}{rl.n=  
5. 说明：抛物反射镜 9G/!18 X?f  
N9!L8BBaK  
_qa]T'8  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 q!c=f!U?\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。 ;stjqTd  
QCb
D^  
x-[ItJ% l  
Y1h)aQ5{  
"Pwa}{  
`6~0W5  
6. 说明：闪耀光栅 .P1WY  
D6L+mTN  
:i<
*~0r<  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 <MbhBIejr  
 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 "Wj{+|f  
GeP={lj  
M{L- V  
3:iEt (iCI  
;dzL9P9IU  
(\F9_y,6*\  
7. Czerny-Turner 测量原理 #Nh'1@@  
(F&LN!Hn>p  
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。 bA)nWWSg=  
yUnV%@.  
J9[7AiEd(/  
86=W}eV1r  
G!Brt&_'  
8. 光栅衍射效率 6.)ug7a
F  
h[>pC"s?K  
Tdcc<T  
 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。 m54>}  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 pWxk^qhe/  
 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) B$g\;$G  
@S@VsgQ%3Z  
4gen,^Ij  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ~]-n%J$q  
\ivxi<SR  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ;M.Q=#;E  
i M !`4  
WAxNQfEe  
y$%oR6K7-  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 .Exvuo`F  
gO8d2?Oh  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Fl_}Auj{&(  
':(AiD-}  
uA#K59E+  
|<u+Xi ~  
 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)。 oJ4HvrUO  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 vL@<l^`$0  
gHPJiiCv  
应用示例详细内容 t)&U'^  
a>OYJe  
仿真&结果 Br!;Ac&N  
<mFDC?j  
1. 结果：利用光线追迹分析 ;0Z-  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 u1 Q;M`+>  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ;}SGJ7  
AJ}FHym_ZQ  
)7& -DI1  
9I/l+IS"X  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd +g g_C'"  
TO.b- ;  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ]`)5 Qe4  
 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)。 K[icVT2v~  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， G*4I;'6  
W\~ie}D{  
 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。 L?/AKg  
fM ID}S  
ms0V1`  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 3*<@PXpK&  
8lM=v> Xc  
3. 衍射效率的评估 h}a}HabA  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 $U?]^  
h\[@J rDa  
`D(V_WZ  
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。 Da 7(jA+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd TnN ythwZ  
KdkL_GSLT  
4. 结果：衍射级次的重叠 w(V%EEk  
 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。 4*}
&nmW  
 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)。
2H%lN`  
 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。 av!;k2"
 
 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) 71@eJQ  
 光栅方程： ![%wM Pp  
pL,XHR@Iv  
 ?^Aj\z>  
:
4zu.  
6]iU-k0b  
5. 结果：光谱分辨率 , ~ 1+MZ=  
Led\S;pl  
UE^o}Eyg  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run inU5eronuj  
vS
HPN|*  
6. 结果：分辨钠的双波段 O4X03fUx  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 <KX9>e
 
   D=^&?@k<  
p(pfJ^/:(  
|^-D&C(Eu  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 y!1X3X,V  
MU$tX  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ULt5Zi  
WkiT,(i  
7. 总结 _]*YSeh=  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 fJr EDj4(  
1. 仿真 B/l^=u+-  
以光线追迹对单色仪核校。 ~qqxHymc  
2. 研究 \=WPJm`p  
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。 #;!@Pf  
3. 应用 Az@@+?,%Y  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 W7n^]~V  
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。 x[lIib
1s  
扩展阅读 z6U'"T"a  
1. 扩展阅读 ~T;:Tg*  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 8?82 p  
B]tj0FB`-*  
 开始视频 E "=4(   
- 光路图介绍 i@+m<YS:2>  
- 参数运行介绍 A@>/PB6n  
- 参数优化介绍 we_CF*zj  
 其他测量系统示例： nnn\  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) hk=[v7  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) C"kfxpCi  
)K?7(H/j  
G4c@v1#%.  
QQ：2987619807 #qVTB@d  

楼上你有图中的仿真文件么

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