[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) >gSerDH8\  
Vx*q'~4y!|  
应用示例简述 aO
D"z7}U  
CbHNb~  
1.系统说明 1wgu%$|d  
tQ~B!j]  
 光源 -&EmEXs%  
— 平面波(单色)用作参考光源 %pp+V1FH  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ( 7?%Hg  
 组件 op-#Ig$#  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 jwq"B$ap  
 探测器 0hkuBQb\  
— 功率 }gW}Vr <  
— 视觉评估 JB(;[#'~  
 建模/设计 'JMa2/7CG  
— 光线追迹：初始系统概览 %yMzgk[u  
— 几何场追迹+(GFT+)： 1 ~7_!  
 窄带单色仪系统的仿真 tAA7  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 f$>orVm%.  
/(V=Um^0  
2.系统说明 4PWr;&  
yx
2.7h3  
Rpk`fxAO  
`g1Oon_  
3.系统参数 DOerSh_0W  
RF)B4D-W  
#I?iR3u  
iW?9oe  
~qS/90,  
4.建模/设计结果 $P(nh'\  
gxOmbQt@;  
S |x)7NC  
pNlisS  
总结 X6.O;  
9>R|k$`  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 q&E5[/VK:  
1. 仿真 >t2b?(h/x  
以光线追迹对单色仪核校。 v)yimIHzo  
2. 研究 k
Ml<
 
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。 :*@|"4  
3. 应用 4QF
OO sNp  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 <~M9nz(<  
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。 n6G&^Oj  
> bF!Y]H  
应用示例详细内容 h!K2F~i{P  
系统参数 8uxFXQ  
f^4*.~cB  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪  _)E8XyzF  
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。 6B/"M-YME  
-^H5z+"^  
MN
qyEc""  
#L.}CzAz  
2. 系统参数 ]zU<=b@  
9'q/&uH  
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。 0juIkN#  
t!SQLgA  
/JeqoM"x  
a{HgIQg_>R  
3. 说明：平面波(参考) j{R|]SjW2H  
THgzT\_zq  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 M3@fc,Ch  
!otq
 X-  
Z034wn\N  
ev%
t5NZ  
4. 说明：双线钠灯光源 ,,_K/='m  
N#['fg'  
z%3"d0  
 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。 '&:x_WwVrO  
 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)。 'Y{ux>  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 UUf1T@-  
0nz@O^*g(  
,XG|oo-  
Cn;H@!8<s  
5. 说明：抛物反射镜 XjZao<?u  
jjwMvf.R  
E'S;4B5?  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 Z*(!`,.bB  
 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。 FP9<E93br  
&tz%WW%D8  
+.#S[G  
hf^`at  
O;BMwg_7  
!BQ ELB$0  
6. 说明：闪耀光栅 0S:!Gv+  
mz$Wo *FB  
a^\- }4yR  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 %r  
 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 _Kl{50}]  
EXW 6yXLV  
sJI-  
.V 3X#t  
f+TBs_  
5?{ >9j5  
7. Czerny-Turner 测量原理 $F@L$&~  
JNM@Q  
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。 ?Y6la.bc{  
4R*<WdT(  
JIbzh?$aD  
95?5=TF  
C+(Gg^ w  
8. 光栅衍射效率 t:"=]zUU  
C*y6~AYN#  
QV'3O|  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。
4`!  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 ^,Y~M_=  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) Q$.V:#  
Q0q)n=i}]  
llaZP(pJ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd (m3I#L  
wO_pcNYZ8  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 4&]To@>  
iVpA@p   
@[>+Dzn[6  
lQ<#jxp  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 kf
^-m/  
i^sDh>$J  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 i_9Cc$Qh<  
zN)|g  
'x45E.wYw  
))CXjwLj;  
 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)。 Ic{'H2~4,  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 +6#%P  
OHtgn  
应用示例详细内容 >d27[%  
#zSi/r/=1  
仿真&结果 =hugnX<9  
]cLEuE^&  
1. 结果：利用光线追迹分析 S4k^&$;  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 `Dz]z_  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 0+n&BkS'  
zqvRkMWcM  
%7C%`)T]  
DX&lBV  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd +YQ~t,/  
6_9:Eb=^v!  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 8tT&BmT  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 oieQ2>lYh  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， \~z?PA.$  
j h1bn  
 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:g<RZZ1  
MfNpQ:]c\  
e}](6"t`5  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms EDq$vB  
0gv3v@QO  
3. 衍射效率的评估 9*-pden l  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 J3lG"Ww  
QLF,/"  
Wk\mgGn+  
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。 |c06ix;).  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd {.aK{ V  
nl)_`8=  
4. 结果：衍射级次的重叠 k7yv>iN  
 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。 zt)p`kdD  
 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)。 BGlGpl  
 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。 Q*09E  
 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) pIZLGsu[  
 光栅方程： TdNuD V  
S.Wh4kMUe  
V_+}^  
HO%E-5b9  
Qfkh0DX B  
5. 结果：光谱分辨率 pIID=8RJ.  
bk\dy7  
||{T5E-.F  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run + AcKB82  
)X
mCy"xx  
6. 结果：分辨钠的双波段 L~*|,h  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 };|!Lhl+  
   MO));M)  
Z-^uM`],G  
(xk.NZnF  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 a' IX yj  
SWNU1x{,c\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run A0cM(w{7_  
!p]T6_t]Q  
7. 总结 _L&n&y1+%  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 l?[{?Luq  
1. 仿真 Mv/IMO0rR  
以光线追迹对单色仪核校。 XysFwi  
2. 研究 I!|y;mh:it  
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。 e={k.y}x}  
3. 应用 8 *4@-3Sx  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 b34zhZ  
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。 io1S9a(y  
扩展阅读 tx^92R2/  
1. 扩展阅读 /#-,R,Q  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ~pHJ0g:t  
b\SXZN)Be  
 开始视频 Gkdm7SV  
- 光路图介绍 %/{IssCR7  
- 参数运行介绍 :`:xP  
- 参数优化介绍 4mEzcwo'  
 其他测量系统示例： jo 7Hyw!g  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001)
/HB+ami,  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) tP}Xhn`  
8ku? W  
T6sr/<#<(  
QQ：2987619807 T{_1c oL  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习