[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) u~
M q*  
<ro7vPKNa  
应用示例简述 jk; clwyz/  
x=hiQ>BIO0  
1.系统说明 i&Tbz!  
|+FubYf?$  
 光源 HZzDVCU  
— 平面波(单色)用作参考光源 7a=gH2]&  
— 钠灯(具有钠的双重特性) VgG0VM  
 组件 G~^r)fm_  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 L O_k@3  
 探测器 \=?a/  
— 功率 cz#rb*b  
— 视觉评估 TluW-S  
 建模/设计 pXT4)JDpc  
— 光线追迹：初始系统概览 2\A$6N;_  
— 几何场追迹+(GFT+)： JgKO|VO  
 窄带单色仪系统的仿真 {7"Q\  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 RE7?KR>  
uB]7G0g:  
2.系统说明 |C;=-|  
25nt14Y0u  
{3>$[bT  
Zw 26  
3.系统参数 P_dCR  
VuhGx:Xl  
knu,"<  
6"LcJ%o  
iW]j9}t  
4.建模/设计结果 }WC[$Y_@  
T6y\|  
3Gp$a;g  
o8V5w!+#  
总结 4x=v?g&  
a+
[KI  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 :KSV4>X[%a  
1. 仿真 APn
|\  
以光线追迹对单色仪核校。 !1jBC.G1  
2. 研究 
Q04al=  
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。 #px+;k5  
3. 应用 /wQy17g  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 .KB^3pOpx  
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。 /kZebNf6H  
(Z+.45{-  
应用示例详细内容 #`qx<y*S  
系统参数 .9/hHCp  
rT=rrvV3g  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 O W_{$9U  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 0cv{  
FZ{h?#2?  
*<$*"p  
(+w*[qHe  
2. 系统参数 MD}w Y><C  
-V*R\,>  
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。 .Yamc
#A-  
bWjc'P6rx  
sNbxI|B  
NlA,'`,  
3. 说明：平面波(参考) a kkNI3  
fF!Yp iI"  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ]{;gw<T  
AwCcK6N1  
q\9JgD)  
z 4e7PW|  
4. 说明：双线钠灯光源 $f$SNx)),  
lB8-Z ow  
J@/kIrx  
 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。 CQc+#nRe  
 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)。 y B81f  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 :p1u(hflS  
%HhBt5w  
sbfuzpg]*  
#z'  
5. 说明：抛物反射镜 k`cfG\;r  
H-!,yte  
+i6GHBn~J  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 +X\FBvP&  
 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。 (fhb0i-  
?=u\n;w)  
n.}ZkG0`  
[DYQ"A=)d  
W Tcw4  
`{8K.(])s!  
6. 说明：闪耀光栅 h<h%*av|  
%6t
:(z  
DVO.FTV^`  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 i:dR\|B  
 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 7kC^ 30@T3  
!@5 9)  
^23~ZHu  
5frX  
44J]I\+  
ynp8rf  
7. Czerny-Turner 测量原理 \wmN  
6u?>M9  
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。 ),_@WW;k  
S0$8@"~=  
"6A `
 q\  
|o7[|3:M  
[=C6U_vU  
8. 光栅衍射效率 g/4
[N{Xf  
l#&8x  
^ G]J,+  
 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。 pG_;$8Hc  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 ]iVcog"T  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) aI'&O^w+  
^"E^zHM(  
Q;Ak4[  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Od,=mO*.Q  
rDtY[  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 SV4E0c>  
:S]%6gb8G  
D#aDv0b  
W@>% {eE  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 xl{=Y< ;  
7Y lchmd  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 \eTwXe]Pv  
LPXi+zj  
ZT*ydln  
=<C:d  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 P-[-pi@  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 v4<nI;Ux  
YO`]UQ|dc  
应用示例详细内容  OHN_  
SZ7:u895E  
仿真&结果 A.F%Ycq  
?JbilK}a  
1. 结果：利用光线追迹分析 `
b&%Hm  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 3=#<X-);  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 |o"?gB}Dh  
goNG' o %|  
F-QzrquS  
xh-o}8*n"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ,O5NLg-  
]2A^1Del  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Ng&%o  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 AD>e?u  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， TvoyZW\?w  
KRbvj  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 !vi>U|rh  
`?H]h"{7Q  
2y\E[jA  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms evJ4C#Pr  
J`Q>3]wL  
3. 衍射效率的评估 (y'hyJo  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 K`eCDvlH  
MR7}s4o  
n)/z0n!\  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 n6=By|jRh  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ')Zvp7>$  
>gQ>1Bwvi  
4. 结果：衍射级次的重叠 >~rTqtKd  
 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。 nbp=PzZy  
 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)。 2ACCh4(/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。 Eh`7X=Z7E  
 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) 2>9C-VL2  
 光栅方程： )CYGQMK  
o#)C^xlQ  
jwe*(k]z  
}v;V=%N+v  
P;y45b  
5. 结果：光谱分辨率 e4$H&'b|  
s
jTZF-  
e ,'_xV  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run v~+(GqR=+  
A|[?#S((]  
6. 结果：分辨钠的双波段 1nM  #kJ"  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Z#jZRNU%ox  
   )* :gqN  
mUC)gA/  
H'5)UX@LP  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 NX.6px17  
Jrf=@m\dk  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run b6M[q_  
5ta `%R_  
7. 总结 w/<L Ag  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 )m+W j  
1. 仿真 ja'T+!k  
以光线追迹对单色仪核校。 9=M$AB  
2. 研究 hFUlNJ  
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。 !TH) +zi  
3. 应用 +/7?HGf  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 8%mu8l  
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$UJ$7=f8  
扩展阅读 TqQB@-!  
1. 扩展阅读 ,t744k')  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 2nObl
'ec  
g =hg%gRy"  
 开始视频 s)t@ol  
- 光路图介绍 wm@@$  
- 参数运行介绍 G>=*yqo  
- 参数优化介绍 ?<,l3pwqa  
 其他测量系统示例： E~T-=ocKE  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001)
?81c 4w  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 3*bU6$|5FP  
>uB?rGcM  
~/U1xk%  
QQ：2987619807 -ad{tJV|  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习