[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) IBv9xP]BZ  
& =vi]z:[  
应用示例简述 `&A-m8X  
P-\T BS_O  
1.系统说明 :UsNiR=l  
54&&=NVs|  
 光源 [-Mfgw]i  
— 平面波(单色)用作参考光源 &R}2/Mt  
— 钠灯(具有钠的双重特性) fAeq(tI=  
 组件 DzvGR)>/  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 eN I6V/\`  
 探测器 %|?PG i@5  
— 功率 %XWb|-=  
— 视觉评估 8~h.i1L  
 建模/设计 )G9,5[  
— 光线追迹：初始系统概览 zQ,ymfT  
— 几何场追迹+(GFT+)： f
TA%HsvU:  
 窄带单色仪系统的仿真 uTUkRqtD!  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 +p)kemJ~  
'\Hh  
2.系统说明 |Ns[{/  
s$OnQc2/  
KZTT2KsYl  
>PiEu->P,  
3.系统参数 :mz6*0qW  
ucC'SS  
cH\.-5NQ  
C&KH.h/N  
l8ZzKb-  
4.建模/设计结果 -*C+z!?BP  
^0&   
pD%Pg5p`  
OX)[?1m8  
总结 M&K'5G)7  
'>5W`lZ
 
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 TW?A/GoXI  
1. 仿真 xD<:'-ri>  
以光线追迹对单色仪核校。 |
Orp:e!  
2. 研究 2AI~Jm#  
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。 ,v+~vXO&\  
3. 应用 p_2-(n@  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 V,)bw  
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。 D>Dch0{H,:  
|cCrLa2*-  
应用示例详细内容 Kr|9??`0E  
系统参数 &'-ze,k}  
s@vHU4  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 oefhJM!y  
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。 7nAB^~)6l  
bjEm=4FI;  
v-mhqhb  
H[&X${ap  
2. 系统参数 0(!D1G{ul  
A~Ov(  
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。 'm,3znX!c  
ZkZTCb`/l  
(:]on
^|  
k&PxhDf  
3. 说明：平面波(参考) + \AiUY  
Jx8?x#}  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 xr*hmp1  
EpCsJ08K  
UfnjhHu  
h}o7/p  
4. 说明：双线钠灯光源 B&E qd  
]N+(SU  
E/</
  
 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。 `w J^   
 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)。 jKI
0d+U  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 Z;bg;@r|  
pIy+3&\e;  
|i7j}i  
z\fmwI  
5. 说明：抛物反射镜 7C%z0/  
A[@xTqs{{  
CHqRCQR.  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 CG(G){u&  
 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。 L`Lro:E?kL  
,dM}B-  
O%.c%)4Xo  
D`2c61jyc  
JC6Bs`=s~  
Qyr^\a;k'  
6. 说明：闪耀光栅 W9ZfD~(3-  
i+)9ItZr  
CnT]uU  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 kCO`JAH#  
 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 qMrBTq[  
9K\A4F}  
SW ^F  
B=mk@gX,G  
0Y8Si^T  
Vnu*+  
7. Czerny-Turner 测量原理 J1Ay^*qRU  
DRC2U%[  
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。 ([y2x.kd  
H]7MNY  
[YQVZBT|{  
Ov$_Phm:  
06FBI?;|=  
8. 光栅衍射效率 X
ANPI|  
a&3p
PfC  

'w^Md  
 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。 =@F1J7  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 iB
 =R  
 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) &jh'B,  
6tC0F=  
BM_hW8&G  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd C 'YL9r-G  
]chfa  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 a9hK8e  
aXAV`%b  
\J>a*  
h JVy-]  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 <<,YgRl2  
afVl)2h  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 i$GL]0  
&R? \q*  
/0PBY-O  
g]sc)4  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 1$&(ei]*:  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 [YbnpI  
owz6j:  
应用示例详细内容 Vz(O=w=  
noali96J  
仿真&结果 D<-MbK^S  
llbf(!  
1. 结果：利用光线追迹分析 i(hI\hD  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 G4=R4'hC  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 A2fc_A/a  
~C|. .Z  
f~HC%C YH  
tVB9kxtE  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd }Zs y&K  
Pz+2(Z  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 f,Z*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)。 i%M6$or  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， F/91Es  
l :e&w(1H  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 ID/=YG@  
0X.(BRI~6p  
O;bnyB$  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms E}7@?o7u}  
2pKkg>/S  
3. 衍射效率的评估 cPFs K*w  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 7Nu.2qE  
5G >{*K/  
g4Y1*`}2f  
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。 nY]5pOF:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ~F gxhK2+  
d) i:-#Q  
4. 结果：衍射级次的重叠 #qx$ p  
 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。 zEHX:-f8  
 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)。 z|pC*1A\  
 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。 Ol%KXq[  
 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) eflmD$]SW  
 光栅方程： qK_jgj=w  
~AqFLv/%  
AQx:}PO  
oGtz*AP%  
|`N|S  
5. 结果：光谱分辨率 (qG}`?219J  
Nk#[~$Q-1  
pTQ70V3  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run h83W;s  
*H2@lrc  
6. 结果：分辨钠的双波段
bdS  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 YadG05PDe  
   @%aU)YDwi  
uWtj?Q+M|  
e-Pn,j  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 H ~VeY\:w  
JX.3b_O  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run G\X}gqe(OJ  
>cTSX  
7. 总结 zs=[C+Z\  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 yH9(ru  
1. 仿真 }0y2k7^]  
以光线追迹对单色仪核校。 x6qQ Y<>  
2. 研究 O`M6=\  
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。 rEoMj)~\4&  
3. 应用 /
/ k`X  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 h4 X=d5qd  
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。 [C>>j;q%  
扩展阅读 EE{]EW(  
1. 扩展阅读 %X5p\VS\7  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ^\(<s  
DN$[rCi7  
 开始视频 ~x-"?K  
- 光路图介绍 s"'ns  
- 参数运行介绍 d
-rqZn}  
- 参数优化介绍 :{g;J  
 其他测量系统示例： '{ $7Dbo  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) #CV;Np  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) D\4pLm"!v  
^oLMgz  
"hbCP4  
QQ：2987619807 ,pTj'I  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习