[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) aqs']  
OY~5o&Oa  
应用示例简述 7"4|`y^#  
h.'h L  
1.系统说明 U$VT
k  
?h>mrj  
 光源 !0Xes0gK0  
— 平面波(单色)用作参考光源 \/K>Iv'$  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ~`tc
|Zu  
 组件 5 +(YcV("  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 zZ-e2)1v  
 探测器 &;9<a^td  
— 功率 {br4B7b  
— 视觉评估 R52q6y:<x  
 建模/设计 :g<dwuVO  
— 光线追迹：初始系统概览 #FaR?L![Y  
— 几何场追迹+(GFT+)： j- F=5)A  
 窄带单色仪系统的仿真 3CQpe  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 FG#E?G  
;p\rgam  
2.系统说明 b'9G`Y s^  
'zT/x`V  
y''?yr  
WHAEB1c#Q  
3.系统参数 AW> P\>{RE  
Zb2 B5(0  
%q>gwq A  
Iobo5B  
C
?x  
4.建模/设计结果 %t+V8A  
:sT<<LtI-  

=t)eT0  
r="X\ [on  
总结 AS;{O>}54  
62vz 'b  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 k_}ICKzw1  
1. 仿真 SKRD{MRsux  
以光线追迹对单色仪核校。 @Gn9x(?J  
2. 研究 I[t)V*L9  
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。 {8I
93]  
3. 应用 bJ. ((1$  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 /.WD'*H  
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。 )_bXKYUX*0  
TS3 00F  
应用示例详细内容 HM[BFF[;/  
系统参数 :l9C7o  
\D}/tz5~B  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 de ](l687I  
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。 RI*Q-n{  
Ld`~^<B  
TvdmgVNP  
SxT:k,ji  
2. 系统参数 pbm4C0W}  
'w9tZO\2  
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。 c yN_Sg  
o~GhV4vq  
7?hCt  
PVtQ&m$y  
3. 说明：平面波(参考) o)-Qd3d%S  
6K<vyr40  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 _&w!J
zpXT  
(4c<0<"$  
>/'WU79TYE  
4L5Wa~5\  
4. 说明：双线钠灯光源 ![Jxh,f  
$V\xN(Ed  
3{$cb"5  
 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。 $rjv4e}7  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 u8[X\f  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 }:hdAZ+z  
+JQN=nTA  
TS1k'<c?  
C2`END;  
5. 说明：抛物反射镜 7CQ48LH]  
TUk1h\.q  
'-v~HwC+/T  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 aMj3ov8p  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 f'%}{l: ss  
;2X1qw>  
t~bjDV^`  
x3M`l|  
74Kl!A  
w93yhV?  
6. 说明：闪耀光栅 O~xc> w  
@7BH`b$)!  
@P@t/  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 HWs?,AJNxB  
 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 4QDF%#~q^  
}S42.f.p  
Ajq<=y`NzV  
#D}NT*w/  
W~7q&||;C  
e j`lY  
7. Czerny-Turner 测量原理 sjzZl*GSy  
h
y6px  
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。 -EL"Sv?  
l5@k8tnz  
02=eE|Y@  
rN>f"/J |  
fC81(5  
8. 光栅衍射效率 h7%<  
@h$7C<  
ZB%7Sr0  
 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。 p_mP'
  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 q|Ga   
 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) 7W 4[1  
r?[Zf2&  
XfY]qQP  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd W}T$Z  
#&$4tTl  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 XLOk+Fn  
b ~F85U2  
EJN}$|*Av  
1s1$J2LX  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 O*c+TiTb  
>pn?~  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ^IC|3sr   
/oh[Nu1D  
!$&K~>`  
zR]l2zL3  
 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)。 (Kx3:gs  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 jagsV'o2  
i\N,4Fdor  
应用示例详细内容 sx|=*j,_  
E*k=8$Y  
仿真&结果 M|e@N  
R{Cj]:Ky  
1. 结果：利用光线追迹分析 6R"& !.ZF  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 0 5 `x$f  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 .,feRK>3  
|nv8&L8  
Xo$(zGb  
X$J  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd $,bLb5}Qu  
.p <!2  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 d)9=hp;,
V  
 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)。 `43E-'g  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， k`xPf\^tf  
$1/yc#w u  
 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。 dTS7l02  
qJrK?:O;  
[&
"`2n  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms lP0'Zg(  
>~2oQ[n  
3. 衍射效率的评估 T&cf6soo  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 C+jlIT+  
_@SC R%  
 w8$8P  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 A"d=,?yE  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 51l:  
{0QNqjue  
4. 结果：衍射级次的重叠 V+-%$-w>  
 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。 r ",..{  
 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)。 D8G5,s-.  
 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。 RQ!kVM@  
 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) MBp%TX!  
 光栅方程： h 5<46!P  
Jf9a<[CcV  
UM3}7|  
'HzF/RKh  
/*i[MB
 
5. 结果：光谱分辨率 2old})CLJ  
PFu{OJg&  
2V:`':  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run J<yt/V]  
jH({Qc,97  
6. 结果：分辨钠的双波段 YZMSiDv[e  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。  6g576  
   8,7^@[bzXx  
X@RS /  
`-/-(v+ i  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ]{s0/(EA  
"m4._4U  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run j 4!$[h  
UQc!"D  
7. 总结 Py y!B  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 I() =Ufs5z  
1. 仿真  k
{d]  
以光线追迹对单色仪核校。 .o8Sy2PaV  
2. 研究 JuQwZ]3ed  
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。 ;-#2p^  
3. 应用 -M5vh~Tp  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 d<K2 \:P{}  
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。 ~@=(#tO.  
扩展阅读 Swa0TiT(  
1. 扩展阅读 jVi>9[rz  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ,cE yV74  
`%;Hj _X}  
 开始视频 B>.x@(}V~  
- 光路图介绍 =g
NPS0H  
- 参数运行介绍 ,.9k)\/V  
- 参数优化介绍 J/LsL k  
 其他测量系统示例： d^MRu#]  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 4Hy/K^Ci  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) :^7>k
J5?  
cX7 O*5C  
];xDXQd  
QQ：2987619807 7-:R{&3Lm:  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习