[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) /ZczfM\  
u@o3p*bQ  
应用示例简述 {f!mm3'2v  
t~Uqsa>n@'  
1.系统说明 S4Rv6{r:  
A`@we  
 光源 !v^D j']  
— 平面波(单色)用作参考光源 }, ]W/  
— 钠灯(具有钠的双重特性) V3jx{BXs2  
 组件 P"- ,^?6  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 0q/g:"|j  
 探测器 ?Z;knX\?J  
— 功率 *P_TG"^{W  
— 视觉评估 <'/+E4m  
 建模/设计 t0wLj}"U  
— 光线追迹：初始系统概览 z_zr3XR
9  
— 几何场追迹+(GFT+)： E_xpq  
 窄带单色仪系统的仿真 bNqjjg  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析  bSmRo  
[p]Ayo$~  
2.系统说明 t?/#:J*_7  
Gm*i='f!?  
;1BbRnCr  
g
SP|;Gy  
3.系统参数 6OVAsmE  
Z!#zr@'k  
JK_sl>v.7  
n&@\[,B  
s,0,w--=  
4.建模/设计结果 FO*Py)/rX  
iX4/;2B=,  
;VvqKyUh7`  
IH{g-#U  
总结 ]e+S~me  
{4#'`Eejj  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 4).q+{#k  
1. 仿真 "5vFa7y  
以光线追迹对单色仪核校。 x5{ zGv.j  
2. 研究 s7=]!7QGS!  
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。 sR#( \  
3. 应用 *
F&C`]  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 5HmX-+XpK  
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。 aG,N>0k8  
J7S  
应用示例详细内容 HmQuRW  
系统参数 D7 .R NXo  
4j/8Otn  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 3EAu#c@q"  
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。 '*W/Bett  
!k&<  
9!PJLI=D  
Nmp1[/{J  
2. 系统参数 " >;},$  
cp[k[7XGD  
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。 1J^{h5?lU  
K47W7zR  
Io| 72W}rg  
~GMlnA]6  
3. 说明：平面波(参考) 7IjFSN>  
aA=qel  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Ao 1*a%-.  
7+@:wX\  
w,D(zk$   
#m|AQr|  
4. 说明：双线钠灯光源 v dyu=*Y  
zZ
seK  
h@/c76}f6p  
 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。 ->:G+<  
 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)。 f5^[`b3H  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 l3-;z)SgH  

{B uh5U,  
Fn$EP:>  
TDA+ rl  
5. 说明：抛物反射镜 ,+%$vV .g\  
@ScH"I];uA  
zR">'bM:  
 利用抛物面反射镜以避免球差。
KZJ;O7'`  
 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。 G^5}T>TV  
]Z2;sA  
 h9RG?r1  
jbGP`b1_  
o|(-0mWBQA  
<e)3 j6F!  
6. 说明：闪耀光栅 h@t&n@8O?  
td&W>(
3d  
!ai, \  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 u-yQP@^H  
 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 #:e52
=  
+.NopI3:  
n;y<!L7  
v4DF #O  
T[;O K  
},ef(  
7. Czerny-Turner 测量原理 j[v<xo  
9#xcp/O  
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。 sJ{NbN~`I  
-!k"*P  
![P1Qvp  
N{ @B@]  
'/J}T -,Z  
8. 光栅衍射效率 DI"mi1ObE  
1nye.i~  
6$lj$8\  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 bT2b)nf  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 XL1v&'HLV  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) 49E<`f0  
:)S
Li  
^duNEu0*  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd #%rXDGDS  
! jm>  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 }1f@>'o  
4#{i  
ML^c-xY(  
7aj|-gZ  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 9#IKb:9k  
Y.$'<1  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 s`B"qw  
}Zu>?U  
=X'i^Q  
zB kS1qMn  
 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)。 ?kqo~twJ  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 \cP\I5IW:s  
&.,ZU\`zT  
应用示例详细内容 ?6P P_QY  
W2e~!:w  
仿真&结果 3Sv<Viuo  
CqDKQQ  
1. 结果：利用光线追迹分析 v}q3_m]   
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 `9}\kn-</8  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 N:[22`NP  
wuSp+?{5k  
*4"s,1?@BG  
B{^o}:e  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Sp3?I2 o  
rV>/:FG  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 po~V{>fUm  
 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/N4uq}'A<  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， vtM!?#  
~3<Li}W  
 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。 { K'QE0'x  
[XK Ke  
t84(kzcC  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms :_E q(r  
c%9wI*l  
3. 衍射效率的评估 -`x$a&}  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 >bWx!M]
 
qPY OO  
+`O8cHx  
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。 MQ>.^]B]o  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ">PpC]Y1  
Nn5z   
4. 结果：衍射级次的重叠 JDrh-6Zgj  
 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。 qfE>N?/  
 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)。 }JyWy_Y  
 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。 WDc2Qt  
 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) JfS:K'  
 光栅方程： VDq4n;p1  
6UOV,`:m+  
H-$)@  
3
)ac   
G66A]FIg  
5. 结果：光谱分辨率 jsL\{I^>  
i
j&_>   
!m)P*Lw  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run eV$pza  
eq+
t%  
6. 结果：分辨钠的双波段 `\LhEnIwu  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 R r7
r5  
   oxT..=-  
72@lDY4cE  
e]R`B}vO  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 CMn&1  
/Ud<4j-  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run v).V&":  
-{H;w=9  
7. 总结 "e.QiK  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 C;7?TZ&xw  
1. 仿真 DtkY;Yl  
以光线追迹对单色仪核校。 n4
6A  
2. 研究 )QS4Z{)U  
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。 k{_ Op/k}V  
3. 应用 %%
J)@k^vH  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ? ->:,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。 -+fbK/  
扩展阅读 I`Goc!5t  
1. 扩展阅读 xE%1C6~C<  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 M =Pn8<h~  
|Y#KMi ~  
 开始视频 j/"{tMqQp  
- 光路图介绍 b=[gK|fu  
- 参数运行介绍 #>~<rcE(  
- 参数优化介绍 R'bmE:nL  
 其他测量系统示例： za{z2#aJ  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) $B6CLWB  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Fr{u=0 X  
Ckd=tvL  
c"qaULY  
QQ：2987619807 Exir?G}\  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习