[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)  AP w6  
vGN3 YcH  
应用示例简述 =bL{i&&  
6N3@!xtpi  
1.系统说明 UvBnf+,  
ea~i-7  
 光源 o;QZe&  
— 平面波(单色)用作参考光源 Sk=N [hwU  
— 钠灯(具有钠的双重特性) KY+]RxX  
 组件 j)L1H* S%  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 &yLc1#H  
 探测器 \
]8i}E1  
— 功率 @a(oB.i  
— 视觉评估 ym%o}(v-  
 建模/设计 UH20n{_:  
— 光线追迹：初始系统概览 ikHOqJ-,m  
— 几何场追迹+(GFT+)： D]u=PqHk2  
 窄带单色仪系统的仿真 4bI*jEc\[  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 JIV
8q HC  
fSI%c3  
2.系统说明 @T7PZB&xnl  
'vlrc[|/  
g+|Bf&_  
zs8I  
3.系统参数 NvHN -^2  
9v~5qv;  
K7RKF$Z\  
)U5u" ]9~  
hdg<bZk:  
4.建模/设计结果 ,` o+ ?  
VDiOO  
nh;y:Bi  
sHsg_6~  
总结 $G3@< BIN  
S@A<6  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 /qXzOd  
1. 仿真 f_'"KF[%  
以光线追迹对单色仪核校。 all*P #[X  
2. 研究 %?dE{ir  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 <Uwwux<v  
3. 应用 c F=P!2@  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 !*bdG(pK  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 a8QfkOe  
bA*"ei+!  
应用示例详细内容 UABbcNW  
系统参数 4Py3
I9  
sam[s4@eQ  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 !I7?  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 })7K S?  
61,O%lV  
kfK[u/<i  
E9R]sXf8  
2. 系统参数 ^A#x<J+  
PWG;&ma  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 bd{\{[^S!  
m1y `v"  
zbg+6qs})  
I>hmbBlDv  
3. 说明：平面波(参考) r?$&Z^  
0_HJ.g!  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 JMePI%#8  
U'M|=I'  
2@*<9-9  
ay-
9c2E  
4. 说明：双线钠灯光源 yxY h?ka  
nl9kYE [  
W0?JVtq0Z  
 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。 AysL-sqR  
 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)。 dk:xnX%  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 Om6Mmoqh  
2-7Z(7G{ F  
Wl TpX`  
RNe9h lr  
5. 说明：抛物反射镜 -R8/`M8GbD  
s9 &)Fv-#V  
FE}s#n_Pd  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 b~9`]+  
 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。 /+29.1#
|  
pU@YiwP"]x  
QH:>jmC{1h  
f-&ATTx`J  
J@gm@ jLc  
1q`k}KMy  
6. 说明：闪耀光栅 SdSg
n|S  
AHWh}~Yi  
*?p ^6vO  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 /} a_8iM\  
 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 0}D-KvjyP  
7?,7TR2Ny  
ka8$dfC  
T?#s'd  
YQx?* gZS  
W7$s5G,  
7. Czerny-Turner 测量原理 cB<O.
@  
~;!BDLMC6  
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。 X'xUwT|_+  
U Q)!|@&  
73VQ@Jn  
%fBP:5%K  
'H!V54 \j  
8. 光栅衍射效率 !"`Jqs  
aU4R+.M7@  
^glX1 )  
 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。 6N&|2:U  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 :q(D(mK  
 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) 8-A:k E  
9QC< E|  
>T`zh^+5W  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd PP],HB+*[  
:Jm!=U%'Z  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 *!i,?vn  
eVrnVPkM  
&{BBxv)y  
r1+c/;TpZ  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ,}u,)7  
#jOOsfH|k  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ftxTX3X  
y2GQN:X  
~m!#FTc*  
' 4,y  
 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)。 b-2pzcK{#  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 k]t,q$Vd  
aXX,Zu^  
应用示例详细内容 y?"$(%3|  
J_|7$ l/  
仿真&结果 F|6 nwvgq  
J`4Z<b53  
1. 结果：利用光线追迹分析 DQ%`v=  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。
ix:2Z-  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 '^8g9E.4K  
c$.
UE  
93 [rL+l.Y  
[TP  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd [+y&HNf  
,|6Y\
L  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 1X[73  
 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)。 3T"2S[gT  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， uijq@yo8-  
3(MoXA*  
 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。 j'\>Nn+  
d:A\<F  
Yd[U  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms pi|\0lH6W  
52da]BW<  
3. 衍射效率的评估 ,<7"K&  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 f+{c1fb>s  
0Wjd-rzc,  
#c6ui0E%;t  
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。
@mvIt  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd T@B"BoKU  
,NjX&A@  
4. 结果：衍射级次的重叠 th5 X?so  
 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。 q sv+.aW  
 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)。 `Q:de~+AM{  
 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。 8FAT(f//.  
 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) P;^y|0Nm  
 光栅方程： -b@v0%Q2M*  
X'YfjbGo  
0PYvey }[  
mfj4`3:NV  
s.f`.o  
5. 结果：光谱分辨率 ll^Th >  
r3n=<l!Jr  
 fn4=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run s;vWR^Ll  
?lu_}t]  
6. 结果：分辨钠的双波段 }9{dR4hD  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 b\kN_  
   _cW_u?0X:  
^`l"'6  
ev~dsk6k  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 (J6"
;  
f 1sy9nQs  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run !S
h^LYqn  
6Hc H'nmeN  
7. 总结 KC&H*  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 <f7?PAd  
1. 仿真 \;nD)<)J  
以光线追迹对单色仪核校。 s/r5,IFR  
2. 研究 }wvwZ`5t  
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。 2z'+1+B'  
3. 应用 *LY~l  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 aO~s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。 8 m%>:}o  
扩展阅读 43vGgGW  
1. 扩展阅读 Xjs21-t%  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 QH@Q\ @,  
Fpy6"Z?z  
 开始视频 \[Sm2/9v  
- 光路图介绍 FQ;4'B^k]  
- 参数运行介绍 1{SrHdD=  
- 参数优化介绍 <_##YSGh,  
 其他测量系统示例： !yoSMI-  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 4M;sD;3  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) tebWj>+1c  
!^c:'I>~  
Y|{r vBKjf  
QQ：2987619807 YD/B')/ s  

想学习

楼上你有图中的仿真文件么