[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) O2;FaASF  
q
;Tdqv!Ju  
应用示例简述 g xY6M4  
uzg(C#sp  
1.系统说明 3.+TM]RYN  
[p3{d\=*?  
 光源 m:B9~lbT+  
— 平面波(单色)用作参考光源 vZ,DJ//U,  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 7]W6\Z  
 组件 60,z!Vv  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 2(LF @xb  
 探测器 @W}cM  
— 功率 -!;2?6R9{  
— 视觉评估 H3-(.l[!b)  
 建模/设计 B-^r0/y;  
— 光线追迹：初始系统概览 Zc9@G-  
— 几何场追迹+(GFT+)： <G|i!Pm  
 窄带单色仪系统的仿真 _P
T5  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 cq]JD6937  
p3r("\Za,  
2.系统说明 9gq+,g>E_  
2[|52+zhc  
`#HtVI  
V=^B7a.;>  
3.系统参数 F<.oTP-B  
:I_p4S.)  
/tm2b<G  
eHHY.^|  
&!P'
M  
4.建模/设计结果 'Qdea$o  
q QcQnd2K  
{wy{L-X  
~c,CngeL0  
总结 CvhVV"n  
D:] QBA)C  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 "; 1@f"kw  
1. 仿真 |d$4Fu(M~  
以光线追迹对单色仪核校。 RW{y.WhB  
2. 研究 "I3 #
/~q  
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。 $
RH.  
3. 应用 xU/7}='T  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 @E 8
P>kq  
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。 {Qi J-[q  
CvHE7H|-{  
应用示例详细内容 3Fb9\2<H  
系统参数 &(7=NAQsE  
Gv[s86AP,  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 pMHF u/|Pr  
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。 _aeIK  
1 |  
8`
<e\g7-  
@)\4 $#+-  
2. 系统参数 NSa6\.W)  
fB80&G9  
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。 V&*|%,q  
{J1iheuS}  
yky%+@2q  
e2e!"kEF  
3. 说明：平面波(参考) G9^xv  
IRGcE&m  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 @XJ#oxM^  
q<j9l'dHG  
\TZSn1isZX  
F\, vIS  
4. 说明：双线钠灯光源 zuu<;^/R  
-Bl]RpHCe  
I8a3:)  
 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。 ,Nt^$2DZW  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 |kH.o=  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 SJ91(K  
'W,*mfB  
B0U(B\~Y  
cZJ5L>ox  
5. 说明：抛物反射镜 []v$QR&u#v  
hq&|  
[YP{%1*RM  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 3&>0'h  
 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。 oYdE s&qq  
$*VZa3B\  
T/A2Y+@N;  
_p>F43%p  
IU<lF)PF$  
D Qz+t  
6. 说明：闪耀光栅 Jz=|-F(Sy  
XmD(&3;v-  
;>>n#8
`  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。  =n5n  
 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 >+Ig<}p  
<#J5.I 1  
jz`3xFy *]  
I?St}Tl  

?m5EXe  
]Zt]wnL+  
7. Czerny-Turner 测量原理  63 'X#S  
7UY4* j|[C  
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。 ~;?<OOt|wG  
xL1Li]fM!'  
}NoP(&ebz*  
VP>*J`'H  
{g#4E0.A!  
8. 光栅衍射效率 2,
dWD<h  
;1[Z&Uv8  
70GBf"
 
 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。 0Dna+V/jI  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 $,2T~1tE  
 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) 5?F5xiW  
t"Ci1"U  
SOq:!Qt
  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd $%q=tn'EX  
%0}^M1  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 );%H;X+x  
w6Nnx5Ay  
R2n 2mQ<  
qxb]UV,R  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 G~o!u8^;  
=$Mf:F@  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 "5Y6.$Cuf!  
C6[W/,eS  
)PTvw>  
7dcR@v`c  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 i
?Pnyi  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 }a$.ngP  
^e_LnJ+  
应用示例详细内容 8'zZVX D<  
fC
x(  
仿真&结果 Ac|\~w[\  
J6n>{iE  
1. 结果：利用光线追迹分析 cu($mjC@T  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 _0v+'&bz  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Z.Yq)\it  
q6)fP4MQ]  
<M@-|K"Eb  
m9oOH5@K~  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd EM*I%|n@m  
/V:9*C  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 NDP" @  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 :${tts2g  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， Q0Ft.b  
H#_Zv]  
 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。 0mujf  
 d(o=)!p  
![^pAEgx  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms uy'seJ  
Zt!A!Afu  
3. 衍射效率的评估 zo(#tQ-'m  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 OALNZKP  
b/'c h  
^ *"fC  
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。 ~2"hh$  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd hr}f5Z)^v  
80*hi)ux[  
4. 结果：衍射级次的重叠 n?.;*:  
 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。 gHLI>ew*QR  
 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)。 <ToBVGX  
 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。 mkn1LzE|F  
 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) Z5>~l  
 光栅方程： 4u6 FvN  
&.,K@OFE}  
I_<XL
<  
i=aR~
  
fz=?QEG  
5. 结果：光谱分辨率 #m.e9MU  
}_]AQN$'G  
eo0-aHs  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run . ,^WCyvq  
jr4xh{Z`  
6. 结果：分辨钠的双波段 ^m w]u"5\  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 dT|f<E/P  
   4GRD- f[  
6P1s*u  
Tu#;Y."T  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 iYStl  
-`~qmRpqY  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run B`B=bn+4  
z%YNZ^d  
7. 总结 [Cl0Kw.LD  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 eWcqf/4?"  
1. 仿真 ep"[;$Eb  
以光线追迹对单色仪核校。 _J l(:r\%  
2. 研究 f8]sjeY  
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。 mVZh_R=a  
3. 应用 e^Zm09J  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 :5NMgR.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。 ^3$l!>me  
扩展阅读 /| v.A\:  
1. 扩展阅读 c* {6T}VZr  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 OyZR&,q  
=Z^5'h~  
 开始视频 (F4e}hr&  
- 光路图介绍 N)X Tmh2v|  
- 参数运行介绍 IL].!9
  
- 参数优化介绍 qT$k%(  
 其他测量系统示例： d05xn7%!{  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) _Op%H)  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) OIrm9D#  
$D^\[^S  
0^ODJ7  
QQ：2987619807 rwF$aR>9  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习