[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) 7. y L>  
H9)$ #r6i  
应用示例简述
p-U'5<
n  
7Kx3G{5ja  
1.系统说明 ku,Y-  
`m5cU*@D  
 光源 \IQP`JR  
— 平面波(单色)用作参考光源 ZgO7W]Z4  
— 钠灯(具有钠的双重特性) *(&,&$1K  
 组件 m{gK<T  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 \$J!B&i  
 探测器 Kb%j;y  
— 功率 !F{5"$  
— 视觉评估 fTM^:vkO  
 建模/设计 hB:R8Y^?H  
— 光线追迹：初始系统概览 x@bZ((w  
— 几何场追迹+(GFT+)： (JC -4X_  
 窄带单色仪系统的仿真 (,\`?g  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 s#sr1[9}G  
1N<)lZl)  
2.系统说明 7I4G:-V:^  
{: EQ  
7<{Zq8)  
R{.wAH(  
3.系统参数 avls[Bq  
<R~(6krJwZ  
6X5m1+ Oi^  
f9u["e  
zqYfgV  
4.建模/设计结果 ?|^1-5l3  
xtU)3I=F%  
Bdm<<<  
u7`<m.\  
总结 ?"AcK"v  
t]FFGnBZ  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 4BuS? #_  
1. 仿真 xPqpNs-,  
以光线追迹对单色仪核校。 `(.ue8T  
2. 研究 s@o"V >t  
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。 s4SR6hBO  
3. 应用 zEY Ey1  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 D4[5}NYU  
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。 gzzPPd,hd  
`Pl=%DR  
应用示例详细内容 >C_! }~  
系统参数 !0`ZK-nA6  
aI|)m8>)X  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 0y'34}  
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。 w_eu@R:u@  
4)9X) Qx  
%8 cFzyE*  
. 36'=K  
2. 系统参数 iG!MIt*  
}SpMHR`  
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。 +cy(}Vp  
/[nt=#+   
9L:v$4{LU  
?h>mrj  
3. 说明：平面波(参考) !0Xes0gK0  
0
; V{yh  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 %XGX(  
XA9$n_|bw  
D (qT$#  
:CHCVoh@95  
4. 说明：双线钠灯光源 [W{`L_"  
=]W{u`  
>&?wo{b  
 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。 AH=6xtS-  
 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)。 u#=N8
 
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 Kt}dTpVFr  
>)N,V;j  
Y/Y746I  
P'ZWAxd  
5. 说明：抛物反射镜 _Zf1=&U#/  
"P<~bw5  
o}WbW }&  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ew

?UH
V  
 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。 k~=-o>}C  
x6Z$lhZ  
]iLfe&f  
Vg[U4,  
{AIZ,  
(nda!^f_s  
6. 说明：闪耀光栅 wV56LW  
 mH?^3T  
o'Tqqrr  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 !2&h=;i~V  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 ?wwY8e?S  
j-{WPJa4\  
4\sS  
 XyhOd$)  
4TR:bQZs  
)sNtwSl^  
7. Czerny-Turner 测量原理 ol`]6"Sc  
i@B5B2  
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。 +}9%Duim  
iQa Q"s  
p3x(:=
 
Pi*,&D>{7  
&a:>P>\  
8. 光栅衍射效率 @~gz-l^$  
|Z2_1( ku  
t]vX9vv+D  
 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。 k7W8$8v  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 R~Xl(O  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) ?+Qbr$]  
T,?^J-h^  
c yN_Sg  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd kP;Rts8JD  
7?hCt  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 PVtQ&m$y  
@&M$`b ^  
6K<vyr40  
:EA,0 ,  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 (4c<0<"$  
_r,#
l5~U  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 'Z&A5\~  
)0d3sJ8  
! B)Em  
BwBv'p+n  
 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)。 H9jj**W ;$  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 z1]RwbA?1  
has5"Bb  
应用示例详细内容 :wn![<`3q  
((?^B  
仿真&结果 +p43d:[  
,g\.C+.S  
1. 结果：利用光线追迹分析 Tp0Tce/  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 kF\QO [  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 oEi+S)_  
]q?<fEG2<  
+F0M?,  
&2) mpY8xQ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd +w}5-8mH&>  
u(REEc~nj  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 MOOL=Um3  
 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)。 >)VrbPRuA  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， mY%PG  
Y8CXinh  
 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。 +"d{P,[3J  
Y}Qu-fm  
o\2#}eie  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms m*a0V  
.Wa6?r<g  
3. 衍射效率的评估 ]AfeaU'>  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 xwz2N5  
lFRgyEPH  
h
y6px  
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。 -EL"Sv?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd thq(tK7  
:z^c<KFX  
4. 结果：衍射级次的重叠 r\em-%:  
 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。 s=KA(4p  
 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)。 F!N
x^M1  
 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。 &Wn!W  
 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) U:IQWlC  
 光栅方程： `Y'}\>.#  
5$9j&&R  
p-Q1abl  
`[`eg<xj  
ousoG$Pc  
5. 结果：光谱分辨率 fw-LZ][  
8# 9.a]AX  
=k&'ft  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run LdRLKE<'e  
EJN}$|*Av  
6. 结果：分辨钠的双波段 1s1$J2LX  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 T@f$w/15  
   >pn?~  
:]?I|.a  
B?Pu0 _|s  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 eP;lH~!.0  
7<X_
\,I  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 38JvJR yK}  
 5)mn  
7. 总结 V}Oxz04  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 WJ/&Ag1  
1. 仿真 Z
fIQ Fh>  
以光线追迹对单色仪核校。 X4 xnr^  
2. 研究 $ABW|r  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ?HU(0Vgn'  
3. 应用 M`S >Q2{  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 V>z8*28S.  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 q?JP\_o:  
扩展阅读 *n}{)Ef  
1. 扩展阅读 tX6n~NJ$  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ?|{P]i?)'  
I)n%aTfo8  
 开始视频
-k!UcMWP  
- 光路图介绍 HjL+Wg  
- 参数运行介绍 $S3C_..  
- 参数优化介绍 ^|OxlfS  
 其他测量系统示例： (i&:=Bfn)  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) gh3_})8c  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Y+lZT4w  
JrS|Ib)6  
8*6U4R  
QQ：2987619807 .y|*  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习