[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) @GGccF  
d 4O   
应用示例简述 VzwPBQ -  
hz)9"B\S
 
1.系统说明 4P kfUMX  
`="v>qN2\  
 光源 J70D+  
— 平面波(单色)用作参考光源 +R[4\ hC0Y  
— 钠灯(具有钠的双重特性) W9R`A  
 组件 nq;#_Rkr  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 8D~x\!(p\  
 探测器 !R:y'Y%j  
— 功率 tWD|qg_  
— 视觉评估 V(mnyI  
 建模/设计 ek)Xrp:2  
— 光线追迹：初始系统概览 97!5Q~I  
— 几何场追迹+(GFT+)： TzM=LvA  
 窄带单色仪系统的仿真 Eark)  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 /EFq#+6  
:oa9#
c`L  
2.系统说明 % vS8?nG  
77We;a  
4}yE+dRUK:  
a8s4T$  
3.系统参数 |E|6=%^  
@ajM^L!O  
R^8B3-aA`  
7BFN|S_l  
xP@/9SM  
4.建模/设计结果 c8ZCs?   
Do;#NLrWb  
Rd! 2\|  
{Y_Nj`#BT  
总结 x9V {R9_gf  
'_o@VO  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Lq04T0  
1. 仿真
y/R+$h(%  
以光线追迹对单色仪核校。 o'Y#H r)/  
2. 研究 z="L4  
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。 25em[Q:  
3. 应用 5"=:#zN  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 )H+kB<n  
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。 xzikD,FV  
iJP{|-h  
应用示例详细内容 H;I~N*ltJ(  
系统参数 X8CVY0<o  
pFIecca w  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 #s+Q{2s  
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。 i6>R qP!69  
d=F-L  
,- HIFbXx@  
hKksVi  
2. 系统参数 ;[Tyt[  
)w"0w(  
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。
6%?A>  
og-]tEWA1  
h5-d;RKE  
K^H>~`C=  
3. 说明：平面波(参考) "$8w.C  
f z%tA39m  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 OCW+?B;  
n`<U"$*  
9^zx8MRXd  
F]5\YYXO  
4. 说明：双线钠灯光源 NG9vml  
;0j*>fb\q7  
`d*b]2  
 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。 jG8;]XP  
 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)。 v@_in(dk  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 dS$ji#+d$  
%F5 =n"  
oT->^4WY  
jo0Pd_W8&  
5. 说明：抛物反射镜 sqG`"O4W  
D5`(}  
W)-hU~^OM  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 \n0gTwiO%  
 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。 $4Y&j}R  
AbZ:(+@cP  
C*G/_`?9  
,}<RrUfD  
/*P7<5n0  
uF<S  
6. 说明：闪耀光栅 *<k&#D"m  
c[{UI  
}+DDJ6Jzs  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ;+%Z@b%  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 @1.9PR$x  
o?dR\cxj  
q?iCc c  
& rQD`E/  
rIlBH*aT  
CB]l[hM$  
7. Czerny-Turner 测量原理 A^g>fv  
CJA+v-  
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。 .K7C-Xn=  
OPiaG!3<  
[B,p,Q"  
d h?dO`  
Nt,~b^9  
8. 光栅衍射效率 %M6 c0d[9-  
5H!%0LrJg=  
v= 8VvT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。 e YDUon  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 8KKz5\kn7  
 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) LP?P=c
 
:<UtHf<=k  
~
me\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ^S=cNSpC  
M8_R  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 dyl 0]Z  
~#t*pOC5BR  
1M/$< kQ-N  
-3]|[  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 /f]/8b g>  
J7m`]!*t  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 g? I!OG  
4Pf+]R  
!l"tI#?6W%  
e?1KbJ?.  
 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)。 OA5f}+  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 U1kh-8  :  
yDuq6`R*  
应用示例详细内容 vG3M5G  
\*J.\f  
仿真&结果 oX*b<d{\N  
HT-PWk>2  
1. 结果：利用光线追迹分析 9R>~~~{-Go  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 FH[#yq.Pr  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 e3pnk =u  
#@q1Ko!NZ  
]7l{g9?ZtV  
N5ci};?  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd  RY9.n  
U\?+s2I)v  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 n5\}KZh  
 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)。 |C4o zl=O?  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， qZP:@r"  
6qf-Y!D5  
 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。 FXxN>\76.  
py.!%vIOQ  
nAvs~J  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms
X]MTaD.t  
'rvE  
3. 衍射效率的评估 #XfT1  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 g kn)V~ij  
YLE/w@*  
Z) t{JHm:  
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。 e]Puv)S>{8  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd -FaaFw:Z;A  
Gj*SPU  
4. 结果：衍射级次的重叠 /0-\ek ye  
 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。 yE<,Z%J[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)。 ys/vI/e\  
 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。 $q^O%(  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) ,,7.=#  
 光栅方程： Eh:yRJ_8  
B9AbKK$`  
kM,@[V  
-GFwFkWm  
:Fc8S9  
5. 结果：光谱分辨率 E~}[+X@  
ps"9;4P  
vWuyft*  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run !%X>rGkc  
fs7~NY
 
6. 结果：分辨钠的双波段 KjC[q  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 &hO$4qtN  
   @::lJDGVv  
5
R)[Ou.  
y _6r/z^  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 lu3Q,W  
.a5X*M]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run ]LMiMj  
Nz}|%.GP"  
7. 总结 }!Xf&c{7{  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 tD865gi  
1. 仿真 r.?qEe8VV  
以光线追迹对单色仪核校。 O0->sR  
2. 研究 V,E9Uds  
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。 5VuCU  
3. 应用 3Sk5I%  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 DZ,<Jmg&e*  
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。 makaI0M  
扩展阅读 Rz)v-Yu  
1. 扩展阅读 dP?nP(l  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 2m|Eoc&M_  
YcPKM@xo  
 开始视频 JATS6-Lz`  
- 光路图介绍 $ V3n~.=  
- 参数运行介绍 9fCiLlI  
- 参数优化介绍 xP XoJN  
 其他测量系统示例： ?56~yQF/2  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 'W}~)+zK  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) cPV
5^9\T  
S_a :ML<  
E*Pz <  
QQ：2987619807 tX+0 GLz  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习