[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) R(YhVW_l  
Y:o\qr!Y  
应用示例简述 M"XILNV-~  
3B*b d  
1.系统说明 `N;}Gf-'  
yC%zX}5  
 光源 b!(ew`Y;  
— 平面波(单色)用作参考光源 73/DOF  
— 钠灯(具有钠的双重特性) bUv}({  
 组件 =[A5qwyv  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 RP!!6A6:  
 探测器 4Js2/s  
— 功率 %@C(H%obWd  
— 视觉评估 9Yu63s ia  
 建模/设计 ^:krfXT  
— 光线追迹：初始系统概览 u.\FNa  
— 几何场追迹+(GFT+)： LWH(bs9U  
 窄带单色仪系统的仿真 [D;wB|+,  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 ~rnbuIh  
8{0=tOXx{  
2.系统说明 5hxG\f#}?  
o )\\(^ld  
\\ZR~f!<  
vR`#kxSdJ@  
3.系统参数 ]|H`?L  
V_'!#  
rC!!X  
/#<R  
X283.?  
4.建模/设计结果 bQ%6z}r  
c<k=8P  
9_=0:GHk  
,Yp+&&p.  
总结 z (1zth  
Z--A:D>  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Fx@ovI- 5  
1. 仿真 %-nYK3  
以光线追迹对单色仪核校。 n'
?AZ4&z  
2. 研究 i`nmA-Zj[  
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。 _DDknQP  
3. 应用  dmR>u
 
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 w}20l F  
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。 v|K,  
(7X|W<xT  
应用示例详细内容 %#_"Ie  
系统参数 DPWt=IFU  

Kl\g{>{Uz  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 @V\
u<n  
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。 LL0Y$pHV  
}]<Ghns  
Hto RN^9  
w$)NW57[|  
2. 系统参数 B0M(&)!%  
S|jE1v"L  
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。 `i
2:@?Kl9  
VxP cC+  
mhNX05D  
IgmCZ?l&0  
3. 说明：平面波(参考) LJ8 t@ui  
B,5kG{2!  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 {`ghX%M(l  
4\_~B{kzZ  
Vr^UEu.w?  
ufF>I  
4. 说明：双线钠灯光源 4@mK:v%  
De-hHY{>  
Ueb&<tS  
 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。 6"L,#aKm^  
 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\AL`'v  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 R<<U(.E  
mx!EuF$I  
f=EWr8mno  
mB5Sm|{  
5. 说明：抛物反射镜 "!B\c9q
 
?onEqH>  
0'ge}2^  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 v;sWI"Fv!  
 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。 e~ZxDAd  
)z_5I (?&  
yno X=#`  
9*2Q'z}_  
Y6[O s1  
 8+,I(+  
6. 说明：闪耀光栅 E)iX`Xq|0{  
LTTMxiq[*  
S8,e`F  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ;)ku SH  
 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 20 Z/Y\  
Gspb\HJ^  
 X@Bg_9\i  
;U&~tpd  
|4j'KM;U  
rNoCmNm  
7. Czerny-Turner 测量原理 xdgbs-a)  
bs_< UE  
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。 )eVn1U2*z.  
0<)Ep~!  
x
qpq|U  
)agrx76]3w  
:I2spBx  
8. 光栅衍射效率
j%)@f0Ng  
2@Zw#2|
]  
RDOV+2K  
 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。 }1mkX\wWP  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 5p>rQq0  
 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) c{3P|O&.  
2t;3_C  
E^B3MyS^^  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd }p>l,HD  
bHg 0,N  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ()ww9L2  
pD]2.O  
]$!7;P  
ge]Z5E(1  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ui80}%  
wAo6:)  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 lXRB"
z  
e\._M$l  
`-g$ 0lm7  
Ch)E:Dvq6  
 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)。 e>Dux  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 gNC'kCx0c  
 ;!j/t3#a  
应用示例详细内容 jfYM*%  
|fY#2\)Yx  
仿真&结果 XO5E-Nh  
zp\_5[qJ;  
1. 结果：利用光线追迹分析 rAk;8)O$  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 @QDUz>_y  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 *i"Mu00b  
t$PJ*F67M  
ab[V->>%  
0x# V   
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Gh}* <X;N  
TA+#{q+a  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 !1mAq+q!  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 ZU`HaL$  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， On}b|ev  
.*?)L3n+t  
 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。 Lr Kx  
rS0#]Gg  
?4t~z 1.f  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms KVHK~Y-G  
ceLr;}?Ws  
3. 衍射效率的评估 88}04  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 oJZ0{^  
OqX+R4S  
xR;z!Tg)  
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。 ~Fo`Pr_  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd N@"e^i  
PPh1y;D  
4. 结果：衍射级次的重叠 0Qg%48u
 
 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。 d;a"rq@a)  
 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)。 mo]>Um'F  
 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。 xEB4oQ5  
 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) @^`5;JiUk  
 光栅方程： /x/W>J2  
USXPa[  
5;[0Q  
3]>YBbXvE  
yCv"(fNQ  
5. 结果：光谱分辨率 _X)]/A%@  
8g/r8u~  
Si|8xq$E;  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run {9hhfI#3_  
mN#&NA  
6. 结果：分辨钠的双波段 *T{KpiuP  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 XlGB`P>?KD  
   Lya?b  
d_98%U+u  
L~_zR>  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 +*RpOtss  
e co=ia  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run UL" <V  
,-> P+m5  
7. 总结 Fh)YNW@  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 gKb5W094@  
1. 仿真 h#8{fr)6  
以光线追迹对单色仪核校。 ]j(Ld\:L  
2. 研究 VE/~tT;  
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。 _[ `"E'  
3. 应用 !v3wl0  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 yAc}4*;T/  
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。 td+[Na0d  
扩展阅读 wSs78c=  
1. 扩展阅读 yNQ 9~P2  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 xX
])IZD  
L^nS%lm  
 开始视频 dGc>EZSdj  
- 光路图介绍 ~K|o@LK  
- 参数运行介绍 LZu_-I  
- 参数优化介绍 k_Edug~B  
 其他测量系统示例： $E@ke:  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) D%.<}vG  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) R7By=Y!t  
Ia)
^  
Q_a%$a.rV  
QQ：2987619807 !!t@H\  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习