[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) kgP0x-Ap  
IOmfF[  
应用示例简述 4Z&lYLq;  
jV1.Yz(`  
1.系统说明 7Ovi{xd@  
\~$#1D1f  
 光源 cdT7 @  
— 平面波(单色)用作参考光源 ea 'D td  
— 钠灯(具有钠的双重特性) VlsnL8DV  
 组件 #q=Efn
'  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 0'C1YvF  
 探测器 Ve; n}mJ?  
— 功率 Zb>?8  
— 视觉评估 zRr*7G  
 建模/设计 ]2KihP8z x  
— 光线追迹：初始系统概览 _]H&,</  
— 几何场追迹+(GFT+)： S2&4g/  
 窄带单色仪系统的仿真 sUQ@7sTj  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 !_)[/q"  
tT_\i6My  
2.系统说明 BQMpHSJ_  
on`3&0,.  
^u ~Q/4  
;HO=  
3.系统参数
rg!r[1c  
0M[EEw3  
!%c\N8<>GD  
q@8*
Xa>  
/*
mI<[xb  
4.建模/设计结果 @:#eb1<S  
s.C_Zf~3  
A3/k@S-R2  
(O3nL.  
总结 %*}(}~  
EaN6^S=  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 83#mB:^R  
1. 仿真 4H
&+dRI"  
以光线追迹对单色仪核校。 ?6WY:Zec@  
2. 研究 [{,1=AB  
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。 l]8uk^E  
3. 应用 T_4/C2  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 wnC81$1l~  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 *$g-:ILRuZ  
}5"u[Z.  
应用示例详细内容 wf<M)Rs|  
系统参数 &tj!*k'  
k9L;!TH~1K  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 ]c'A%:f<  
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。 4Fr  
/j.9$H'y  
Q^")jPd  
S)@j6(HC4  
2. 系统参数 C,4e"yynb  
3^yK!-Wp(  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 G"A#Q"  
F:S}w  
o`-msz  
UkFC~17P  
3. 说明：平面波(参考) {)sdiE  
VI*$em O0  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 m)v&v6  
7@W>E;go  
;aVZ"~a+\  
l.M0`Cn-%  
4. 说明：双线钠灯光源 N
"ST@/j.A  
2D5StCF$O  
dk^~;m#iN  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 N8df8=.kw  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 < =IFcN  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 4#Jg9o   
r5^eNg k  
pd$[8Rmj_  
J#83 0r(-  
5. 说明：抛物反射镜 xyXa .  
,PDQzJY  
I7]8Y=xf  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 gs`q6f%(  
 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。 .T`%tJ-Em  
CAf6:^0  
-mh3DhJ,  
:g/tZd$G5  
gjlx~.0d  
1|=A*T-<M  
6. 说明：闪耀光栅 1|:KQl2q  
%(Icz?  
|DwZ{(R"W  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 +b6v!7_  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 Q,Eo mt  
Pg{J{gn  
`WS&rmq&'  
E{vbO/|kf  
8{ I|$*nB  
;kKyksxlD  
7. Czerny-Turner 测量原理 %a7$QF]  
k}rbim  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 F"mmLao  
[#iz/q~}  
N$tGQ@  
c
Z3v=ke^  
ia? c0xL  
8. 光栅衍射效率 Iga024KR  

GL
ODVcjf  
E?@m?@*/  
 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。 y1#1Ne_  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 B<C&xDRZ0  
 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) Ho]su?  
:23P!^Y  
6S{l'!s'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd +w~oH=  
y B$x>Q'C(  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 'N(R_q6MW  
#0<XNLM  
xYB{;K  
2&5K.Ui%  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 [N'h%1]\  
rZpXPI  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 @}ZVtrz  
D m9sL!  
!`r$"}g  
GN>@ZdVG}#  
 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)。 ,fRq5"?  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 &e3.:[~_?  
_VXN#
@y  
应用示例详细内容 dF2RH)Ud  
tl>7^hH  
仿真&结果 WY]s |2a  
Ea=P2:3*  
1. 结果：利用光线追迹分析 yh=N@Z*zP  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 fB,_9K5i  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 *lb<$E]="!  
:zR!/5  
K> e7pu  
!_(Tqyg&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Ir]
\|t  
:gC#hmm^  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 :v 4]D4\o  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 4GM6)"#d  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， XX~,>Q}H=  
?X;RLpEc|A  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 B/C,.?Or  
R}ecc  
2T`!v  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms wQLSf{2  
i mM_H;-X  
3. 衍射效率的评估 1:wQ.T  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 w*Ihk)  
 2Rz  
H)&R=s  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 \j.:3Xr  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd P|> ~_$W  
O H7FkR  
4. 结果：衍射级次的重叠 8Xb
T`y  
 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。 B-ESFATc  
 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)。 8>%hz$no=  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 9>$p  
 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) L rPkxmR  
 光栅方程： B1Oq!k  
'ig'cRD6N  
CQ2jP G*py  
Rva$IX^]  
t:c.LFrF  
5. 结果：光谱分辨率 U<-D(J
  
u
VU)d1N  
y_9Ds>p!T  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run )CyS#j#=  
r%N)bNk~  
6. 结果：分辨钠的双波段 FgI3   
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 {^\r`Vp  
   bN88ua}k{  
j~QwV='S  
:i7;w%
B  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 9C i-v/M]  
c"xK`%e  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run q,6DEz  
D3A/l  
7. 总结 rN{ c7/|  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 kNL\m[W8$  
1. 仿真 WN<zkM~3  
以光线追迹对单色仪核校。 Xry47a )  
2. 研究 %%wNZ{  
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。 2px|_)i
 
3. 应用 .{
KVMc  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 [1KuzCcK}  
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。 IIqUZJ  
扩展阅读 %PJQ%~ A  
1. 扩展阅读 ]+$?u&0?w  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 '%`:+
]!  
K4);HJ|=  
 开始视频 UY2OZ&&  
- 光路图介绍 7[wieYj{  
- 参数运行介绍 .>nRzgo  
- 参数优化介绍 !g.?  
 其他测量系统示例： <Ok3FE.K  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) O| hpXkV  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) cs'{5!i]  
?0,Ngrbe  
zv"Z DRW  
QQ：2987619807 qyNyBr?  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习