[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) [.w`r>kZI  
&wN}<Ge6  
应用示例简述 cob??|,\m  
JIqg[Mao  
1.系统说明 `?f<hIJoz  
`u_k?)lK  
 光源 p#3G=FV  
— 平面波(单色)用作参考光源 Hs{x Z:  
— 钠灯(具有钠的双重特性) wA6E7vi'  
 组件 qEVpkvEq  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 O[z6W.  
 探测器 s,l*=<  
— 功率 m\E=I5*/  
— 视觉评估 KC%&or  
 建模/设计 "z=~7g  
— 光线追迹：初始系统概览  j8]M}Q$  
— 几何场追迹+(GFT+)： D-O{/  
 窄带单色仪系统的仿真 OMd:#cWsQ  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 lR
mVeq:  
lHHx D  
2.系统说明 Sz]1`%_H/  
zU!d(ge.E  
:nfy=*M#  
J)|I/8!#  
3.系统参数 [xQ.qZ[h&  
}lCQ+s!  
C~'.
3Q6  
73_-7'^mQ  
@;KvUR/+FE  
4.建模/设计结果 [57`V&c5  
P"Z1K5>2L  
ePxAZg$ `>  
}o\} qu*  
总结 N9M",(WTt}  
rFUd  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 $BG]is,&5  
1. 仿真 :bL^S1et  
以光线追迹对单色仪核校。 wF59g38[z$  
2. 研究 =h+-1zp{M^  
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。 m Ph=bG  
3. 应用 ,]y_[]636  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 +ZFN8  
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。 0}|%pmY`  
3df5 e0  
应用示例详细内容 |`fuu2W!  
系统参数 {Z Ld_VGW  
yS3or(K  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 W@zu
N)U  
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。 Z|)1ftcC  
c>Ri6=C  
jM-5aj[K  
l-x-
 
2. 系统参数 2 gca*  
6$zd2N?  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 +At0V(  
n-,mC/4  
P\QbMj1U  
OI3j!L2f  
3. 说明：平面波(参考) a=vH:D  
i CB:p  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 vj]h[=:  
Ug4o2n0sk  
&5[+p{2  
g`tV^b")  
4. 说明：双线钠灯光源 8@RJ>  
73SH[
f[g  
@xBO[v  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 +oHbAPs8  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 [$:L|V!{  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 o` dQ  
;>F1?5P{  
h
-SKw=n  
PzhC *" i}  
5. 说明：抛物反射镜 ;vbMC74J#  
T21?~jS  
EB6X Yr
 
 利用抛物面反射镜以避免球差。 F[W0gjUc  
 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。 koE]\B2A6  
.MID)PY-  
7W5Cm\  
@Pi]kWW})  
mAJ'>^`^  
,mC=MpfzJ  
6. 说明：闪耀光栅 5w+&plIJ  
|WfL'_?$  
6s ~!B{Q  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 nV`W0r(f'  
 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 Lw1[)Vk}E  
1+Ik\  
VWzuV&;P  
\w(0k^<7  
wbh=v;  
|2rOV&@l9  
7. Czerny-Turner 测量原理 LnsYtkbr  
obPG]*3  
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。 (hIo0.  
6BM$u v4  
bD|VT  
?,%PemN  
F~bDg tN3  
8. 光栅衍射效率 'op_GW  
S2W@;XvV  
gr{*wYL  
 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。 )%f]P<kq6  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 {Ve`VV5E  
 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) ^!n|j]aw  
W )Ps2  
OPogH=vf  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd {K?e6-N(z  
'T3xZ?*q=  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 G-;EB  
RZ ?SiwE  
_#{qDG=  
WW!-,d{{@  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 r}:U'zlC{  
up0=Y o@  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 yF|+oTp  
-%{+\x2  
@U1t~f^  
9
>`dB  
 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)。 AEElaq.B  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 `VDvxl@1  
\~zm_-Hw@Y  
应用示例详细内容 }n'W0Sa  
uK1VFW  
仿真&结果 H\9ePo\b~  
LX=v _}l J  
1. 结果：利用光线追迹分析 d3#e7rQ8  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 HEhBOER?  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 YIb7y1\UM  
)V*`(dn'zm  
Uty0mc(  
;lhW6;oI'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd JLjs`oqh  
A:pD:}fm}D  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 I{.t-3hp  
 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)。 7 `c!  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， \|M[W~
8  
'Z#>K*  
 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。 W`TSR?4~t?  
u),.q7(m  
&0J8ICd=  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms %[azMlp<  
N%e^2O)  
3. 衍射效率的评估 s vS)7]{cU  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 7m?fvKy  
b' ~WS4xlD  
[8oX[oP  
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。 zvdIwV&oT  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd dNov= w  
A0v@L6m-O  
4. 结果：衍射级次的重叠 6
KD-nr{S  
 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。 \(`C*d  
 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)。 jJ,y+o  
 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。 D-x*RRkpp  
 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) a( N;|<  
 光栅方程： C^,J6;'  
~d ~oC$=TC  
j8rxhToC  
roe_H>  
?@MWV  
5. 结果：光谱分辨率 CUBL/U\=  
_x,(576~  
%kgT=<E'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run |tTcJ\bG  
-@B6$XWL  
6. 结果：分辨钠的双波段 :&2%x  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 0 wDhX  
   9F~5Ht  
wjT#D|soI  
[lK`~MlQ  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 %/hokyx  
Y/pK  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run $~?)E;S  
Fx)><+-  
7. 总结 yC4%z)t&R  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 mGoC8t}iP  
1. 仿真 3x z z* <  
以光线追迹对单色仪核校。 t~!ag#3['.  
2. 研究 q^<;B Y  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 ,JPDPI/a  
3. 应用 `R lWhdE  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 C]ax}P>BQ  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 VMNd
C}  
扩展阅读 :?i,!0#"  
1. 扩展阅读 RK)ikLgp  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ~L>&
p  
gT,iH.  
 开始视频 ]I;owk,  
- 光路图介绍 t_(Se  
- 参数运行介绍 >N}+O<Fc  
- 参数优化介绍 w[)HQ1K  
 其他测量系统示例： C/ ]Bx  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) `q1-yH0~4  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) m93{K7O2e  
H$ :BJ$x@  
^?0?*  
QQ：2987619807 %0 U@k!lP  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习