[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) 4 8{vE3JY  
N*@aDM07  
应用示例简述 B:\Uw|Mf  
_"%B7FK  
1.系统说明 [*Z`Kc  
hHPs&EA.p  
 光源 NcAp_q? 4  
— 平面波(单色)用作参考光源 LsM7hLy  
— 钠灯(具有钠的双重特性) N7s'6(`=X  
 组件 ;=< ^0hxer  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 wO>L#"X^v  
 探测器 P\&! ]  
— 功率 C P3<1~  
— 视觉评估 }I!hOD>]O  
 建模/设计 0'r%,0  
— 光线追迹：初始系统概览 4\&  
— 几何场追迹+(GFT+)： *E~V
Kx1  
 窄带单色仪系统的仿真 $) 5Bf3P0  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 2nFy`|aA%  
fN "tA  
2.系统说明 cM_Fp  
Z.wA@ ~e  
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)){xlFA}  
3.系统参数 '?Jxt:<  
CZEW-PIhj  
ZCg`z
  
s6}Xt=j  
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4.建模/设计结果  pAu72O?  
EHlytG}@  
4{qB X?  
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总结 ?/JBt /b  
w&BGJYI  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ^<0IB#dA  
1. 仿真 Y?#i{ixX6n  
以光线追迹对单色仪核校。 6TH!vuQ1(  
2. 研究 Lz\UZeq  
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。 )n=ARDd^e  
3. 应用 ofW+_DKB?l  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 'ho{eR@d  
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。 M"_FrIO  
YGsS4ia*4i  
应用示例详细内容 t!_x(u  
系统参数 ^\:2}4Uj_  
qXXGF_Q  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 1zktU.SZ  
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。 [k]|Qink  
+^6}   
y@wF_WX2  
IwpbfZ  
2. 系统参数 hFvi5I-b  
y5m!*=`l`  
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。
 <1&Ke  
o7+>G~i  
jK8'T_Pah  
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3. 说明：平面波(参考) 3hq1yyec  
NfE.N&vI_c  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 c#b:3dXx9  
5eX59:vtl  
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gUB{Bh($Y  
4. 说明：双线钠灯光源 83.E0@$  
P ,K\  
~DLIzg7p!  
 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。 A2x;fgi  
 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)。 /'y5SlE[J  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 F?Or;p5`Y  
| W#~F&{]  
j.3o W  
l9{#sas  
5. 说明：抛物反射镜 .F0]6#(  
r9ke,7?  
Su8'$CFz$.  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 {@M14)-x>_  
 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。 ~"ONA
X  
4FA|[An  
iUr xJh  
Y~oT)wTU  
MB:n~>ga  
Nm8w/Q5D`  
6. 说明：闪耀光栅 NMjnL&P`  
N"DY?6  
^i<}]c_|f  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 $<e +r$1  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 {e]NU<G ,  
j$eCe<.3  
F(CRq`  
GYgWf1$8_D  
+0pW/4x  
$ u2Cd4  
7. Czerny-Turner 测量原理 Sa]mm/G  
T2bnzIi  
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。 5_G'68;OV  
a@|.;#FF  
1<uwU(  
<q7s`,rG  
XUsy.l/  
8. 光栅衍射效率 9YSVK\2$  
umDtp\  
N^B@3QF  
 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]UT+'RubX  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 /!bx`cKG  
 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) \:sk9k  
 nhfwOS  
11*"d#  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd u[t>Tg2R  
Tcs3>lJ}  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 w2)/mSnu  
< EXWWrm  
Cnur"?w@o  
y@9Y,ZR*  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 DS 1JF  
0=m&^Jpp  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 |'@[N,  
ry,}F@P&  
z1vni'%J  
S 1ibw\'  
 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)。 OQ|,-  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ^@ UjQ9[>  
{gIEZ{  
应用示例详细内容 w$% BlqN  
YnxU
(v'\  
仿真&结果 kt<@H11  
7S2c|U4IM  
1. 结果：利用光线追迹分析 4H7Oh*P\j  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 LO>8 j:  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ]1Qi=2'  
sVD([`Nmc  
5xv,!
/@  
VLd=" ~  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ^HoJ.oC/  
 f}-v  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 (6[Wr}SW5  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 (lWKy9eTy`  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， d:3= 1x  
4`G=q^GL,  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 }u7D9_KU  
Ris-tdg  
/~"AG l.  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms j~$)c)h"  
I,z"_[^G  
3. 衍射效率的评估 "D!Dr1  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 ,"C&v~  
`~KAk  
tpz=}q  
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。 OMxxI6h  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ;>'SV~F  
s3y}Yg  
4. 结果：衍射级次的重叠 @s?oJpo  
 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。 ?bCTLt7k  
 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)。 '&{(:,!B  
 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。 9Iy[E,j  
 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) ;9Hz{
ej  
 光栅方程： .1%i`+uZ  
cG5$lB  
n_ OUWvs  
2O^32TdS  
G)K9la<p  
5. 结果：光谱分辨率 1(D1}fcul  
Q)9369<A  
hXBqz9
 
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run {bxhH)a'  
H.f9d.<W%  
6. 结果：分辨钠的双波段 M`q#,Y?3^I  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 6l=M;B7:i  
   OHQ3+WJ  
-1#e^9Ve\  
X^9t  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 kv[OW"8t  
*E$H;wKs8  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run xDNw/'  
1.xw'i  
7. 总结 x%Zi
E5#  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 mfUKHX5  
1. 仿真 HL|0d }  
以光线追迹对单色仪核校。 7=AO^:=bx  
2. 研究 C}|O#"t^\  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 5,g$|,Shv  
3. 应用 Y'\3ux0]4'  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 )bF)RLZ  
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。 vs*_;vx  
扩展阅读 {_+>"esc  
1. 扩展阅读 /o~ @VF:  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 b49|4   
3Ro7M=]  
 开始视频 REeD?u j  
- 光路图介绍 g=)U_DPRi  
- 参数运行介绍 ntd ":BKi  
- 参数优化介绍  W"#j7p`d  
 其他测量系统示例： _AA`R`p;  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) WllCcD1  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) =W97|BIW,  
JB:mbH  
6oe$)iV  
QQ：2987619807 C&qDvvk  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习