[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) !VHw*fL|r  
kAW2vh  
应用示例简述 G%CS1#  
q{!ft9|K\d  
1.系统说明 zXe]P(p<  
tNAmA  
 光源 `J;g~#/k  
— 平面波(单色)用作参考光源 p1IN%*IV+o  
— 钠灯(具有钠的双重特性) W^eQ}A+Z  
 组件 $`L |
 
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 cxIAI=JK  
 探测器 p;mV?B?oAQ  
— 功率 C~M,N|m+^  
— 视觉评估 U:|:Y=O?Q  
 建模/设计 M0]J`fL@  
— 光线追迹：初始系统概览 
6g)CpZU  
— 几何场追迹+(GFT+)： S4!B;,?AxN  
 窄带单色仪系统的仿真 'Xasd3*Py  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 |}d+BD  
)t,efg  
2.系统说明 NQN?CBFQ  
QjTs$#eMW  
~^o YPd52*  
bc2S?u{  
3.系统参数 Zb+n\sv4  
!z5Ozm+}  
5&]a8p{  
_V3}F1?W  
c7R6.T  
4.建模/设计结果 0uI=8j  
S AKIFNE  
A=np?
wc  
%~N| RSec  
总结 NHhKEx0Gtu  
o9Tsyjbj  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 JE;!~=
 
1. 仿真 Qn@[{%),4  
以光线追迹对单色仪核校。 L; <Pod  
2. 研究 eqyUI|e  
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。 )ZfbM|  
3. 应用 so@ijl4{Z  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Pe@*')o*  
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。 ^,Ft7JAn  
&InF
C5A  
应用示例详细内容 H$6;{IUz~  
系统参数 D#d/?\2  
E/^N   
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 V:lKF')  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 k jx<;##R8  
6vg` 8  
tjcsT>  
"lB%"}  
2. 系统参数 u_Xp
\RJ  
@$;I%  
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。 .Z@iz5  
#eKH'fE  
|[$TT$
Fb  
R^yh,  
3. 说明：平面波(参考) ZUl-&P_X  
n -x
Caq  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 L!Gpk)}[i  
ziv*4  
`F_R J.g*p  
5GURfG3{  
4. 说明：双线钠灯光源 ~b6c:db3  
WA#y&  
w$jSlgUHy)  
 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。 tSVS ogGd  
 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)。 C-^8;xd  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 $Q=S`z=  
B3E}fQm )  
jT4 m(j  
{gB9EGY  
5. 说明：抛物反射镜 s6Il3Kf  
bj@f<f`  
NH+N+4dEO  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 *b"aJ<+  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 JHJ]BMm  
q<cxmo0
S  
tV2o9!N4  
UXOf  
!^Q4ZL,-  
r<DPh5ReY  
6. 说明：闪耀光栅 6h1pPx7zU  
H?;@r1ZAn  
8`Tj*7Y=  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 aX*7tRn_%  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 v|nt(-JX  
-=qHwcId  
}-p-(  
k|cP]p4,  
lN*"?%<
x>  
.+5;AtN  
7. Czerny-Turner 测量原理 eRg;)[#0>$  
3o#K8EL  
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。 Y0ACJ?|  
SOluTFxUw  
ceae~  
&Zo+F]3d  
;33SUgX  
8. 光栅衍射效率 zRB LkrC  
g+-^6UG  
'^tC|)  
 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。 Ib"fHLWA^!  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 +ux`}L(  
 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) )O>M~  
jOL=vG  
sRflabl *x  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd B8>@q!G8P  
J5}?<Dd:  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 pAyUQe;X#  
8L*#zaSAf  
R xc  
-$`q:j  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Pxgal4{6  
0<nW nD,z  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 y_T%xWK5  
<4N E)!#  
WmE4TL^8?  
\(U|&  
 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)。 uIR   
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ix 5\Y  
^CB@4$!   
应用示例详细内容 J,k.*t:  
6ciA|J'MR  
仿真&结果 jIWX6  
5Z13s  
1. 结果：利用光线追迹分析 Jjh=zxR>  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ^O**ZndB/  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ^%qQ)>I=j  
3Q_)Xs r`  
/.(F\2+A  
*7),v+ET  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd h2 >a_0"  
[V0%=q+R  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 +l<;?yk:;  
 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)。 ^vTp.7o~5  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， DOq"=R+  
unyU|B  
 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。 2 y&k  
t]xR`Rr;X  
Q>uJ:[x+  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ge%tj O  
3&B- w  
3. 衍射效率的评估 vh^?M#\  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 x'V:qv*O  
Jv~^hN2  
m4G))||9Q  
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。 s2 $w>L  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd xxpzz(S ]A  
ilQt`-O!  
4. 结果：衍射级次的重叠 u`u{\ xN9  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 7M$cIWe$
 
 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)。 {ApjOIxk  
 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。 V|pO";%>,  
 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) aQ0pYk~(  
 光栅方程： l$C Y gm  
%5j*e  
~P"o
_b6,k  
Xkf|^-n  
`|4k>5k  
5. 结果：光谱分辨率 6e"Lod_ L  
(ZQ?1Qxo  
m5cRHo<9Y  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run (.kzJ\x  
eU\_m5xl"  
6. 结果：分辨钠的双波段 I\|.WrMNi  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 o RK:{?Y  
   H_w?+Rig  
j-t"  
y_2B
@cj  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 </_.+c [  
K8h\T4  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run {X-a6OQj  
[NbW"Y7  
7. 总结 0*6Q8`I  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 +_ny{i`'  
1. 仿真 cpphnGj5  
以光线追迹对单色仪核校。 fPG3$<Zr  
2. 研究 [iC]Wh%  
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。 q<4{&omUJ  
3. 应用 i>(TPj|  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Raf-I+  
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。 'AZ

xR4W  
扩展阅读 6ck%M#v  
1. 扩展阅读 Twk<<  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 </W"e!?X  
>C`#4e?}  
 开始视频 x::d}PP7  
- 光路图介绍 =sk#`,,:  
- 参数运行介绍 n'!x"O7  
- 参数优化介绍 =:\5*  
 其他测量系统示例： T5wVJgN>  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) kv<(N  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) `)TgGny01  
P[r$KGz  
)-25?B  
QQ：2987619807 q&^H" fF  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习