[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) 3!aEClRtq  
W,Ty=:qm*  
应用示例简述 (v!mR+\x  
GA\2i0ow  
1.系统说明 Lx%:t YZ  
@l{I[pp
 
 光源
/jR8|sb  
— 平面波(单色)用作参考光源 5C B%=iL{  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 8 }-7{  
 组件 (-\]A|
 
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 UeA2c_ 5  
 探测器 ojoxXly`  
— 功率 };rm3;~ eg  
— 视觉评估 Pg Syt  
 建模/设计 ugI#ZFjJWE  
— 光线追迹：初始系统概览 KSc~GP_  
— 几何场追迹+(GFT+)： q[P~L`h S  
 窄带单色仪系统的仿真 [t{](-  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 a%E8(ms37y  
"R23Pi  
2.系统说明 T%kKVr  
KzG_ <<  
D"cKlp-I6|  
%K?iNe  
3.系统参数 wu2:'y>n  
_IxamWpX$  
wWTQ6~Y%d  
333u
]  
,T$r9!WTM  
4.建模/设计结果 b66R}=P l  
)|RZa|`-G  
-L8YJ8J6  
c|lU(Tf  
总结 Sph*1c(R  
VhvTBo<cw  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 P>wZ~Hjk  
1. 仿真 "15=ET  
以光线追迹对单色仪核校。 BSKEh"f  
2. 研究 )~}PgbZ^  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 x> \Bxa8  
3. 应用 3]^'  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 HN68!v}C|  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Vv4H:BK$  
"0-y*1/m  
应用示例详细内容 3gc"_C\
$  
系统参数 t77'fm  
9"ugz^uKt  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 F7T
E|LZ  
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。 io2@}xZF  
Gw{+xz KJ  
ao$):,2*  
h0Jl_f#Y  
2. 系统参数 N09KVz2Q  
g$w6kz_[  
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。 X NE+(Bt  
e+@xsn3  
\Ye%o}.{  
3dG4pl~  
3. 说明：平面波(参考) jdM=SBy7q  
.C= I^  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 v[&'k\  
\_VmY!I5\  
y5u\j{?Te  
HO5d%85  
4. 说明：双线钠灯光源 yM ,VrUh  
A1-qtAO]  
i03gX<=*  
 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。 k1fRj_@WPT  
 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)。 Qra>}e%*
 
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。
uyT/Xzo3  
GN%(9N'W  
!O{z 3W  
]XUSqai  
5. 说明：抛物反射镜 |zpx)8Q  
S$O,] @)  
<xlm K(  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 r1Z<:}ZwK  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 [H,u)8)  
(WE,dY+.  
cy1jZ1)  
O,mip  
7Fl-(Nv`  
l!I
Gc:  
6. 说明：闪耀光栅 [6RfS  
~lw<799F6  
uvB1VV4  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 254~:eB0  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 J#7y< s  
~E*d G  
&p"(-  
I7m
G/  
s'L?;:)dyB  
CgnXr/!L  
7. Czerny-Turner 测量原理 Ror2qDF  
(X}@^]lpa  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 (1){A8=?o  
Wsm`YLYkt!  
U CY2]E  
"s]y!BLk  
jTSOnF}C~+  
8. 光栅衍射效率 B*@6xS[IL  
;&?pd"^<_Z  
QIV%6q+*R  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 *^h_z;{,  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 @2e2^8X7f  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) l`gTU?<xd  
D;js.ZF  
8#f$rs(}  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd @2' %o<lF  
^ vbWRG~  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 <k]qH-v4  
TnE+[.Qu  
uD)-V;}P@;  
/#t&~E_|  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 T:!MBWYe|  
Sz0+<F#5  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 wUp)JI  
)saR0{e0N  
,7,;twKz  
?_ RYqolz  
 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)。 `6Hf&u<  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 o&
-L0]i|  
R^P_{_I*"  
应用示例详细内容 G6O/(8  
\G;CQV#{9  
仿真&结果 `ROEV~  
)5yj/0oT  
1. 结果：利用光线追迹分析 LprM;Q_  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 =!<G!^  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 >oqZ !V5[  
9]$`)wZ  
v>-YuS  
;^-:b(E  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd _t-7$d"  
wO!u!I  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Hg(5S,O2  
 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)。 =A
 n`D  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， {Y_Nj`#BT  
x9V {R9_gf  
 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。 @"8R3BN  
K{L.ZH>7  
j Z'&0x"U  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 3N<&u   
_D-Riu>#J  
3. 衍射效率的评估 a[C&e,)}  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 nem@sB;v#  
l$XA5#k  
-g~~]K%  
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。 \4s;!R!  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd K`4GU[ul  
GqUSVQ  
4. 结果：衍射级次的重叠 POGw`:)A  
 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。 #
nEL~
&  
 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)。 .~`Y)PON  
 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。 d=F-L  
 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) Sdc*rpH"(  
 光栅方程： MY F
#A  
detLjlE  
OoaY  
8"M<{72U]  
`C'}e  
5. 结果：光谱分辨率 z5EVG  
Gah lS*W  
kp`0erJqw  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 'F5)ACA%  
@ER1zKK?  
6. 结果：分辨钠的双波段 o!Fl]3F  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 q^Inb)FeN  
   u^=@DO
'  
[g|Hj)(  
Taasi` k  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 }ywi"k4>  
;3UvkN  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run s.y}U5Ty?P  
Dl\d_:+  
7. 总结 NI\H \#bJ  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 D5`(}  
1. 仿真 W)-hU~^OM  
以光线追迹对单色仪核校。 RVP18ub.S  
2. 研究 !K\it
OEP-  
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* Y[^'  
3. 应用 :t>Q:mX(N  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 *Sb2w*c>  
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。 76cEKH
a<  
扩展阅读 b-nYxd
  
1. 扩展阅读 $ !5f"<FCB  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 GCH[lb>IJv  
XRa#21
pQ  
 开始视频 o?dR\cxj  
- 光路图介绍 b~as64  
- 参数运行介绍 >zR14VO`_|  
- 参数优化介绍 8.2`~'V  
 其他测量系统示例： ]xrD<  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) x@Vt[}e  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ;]@exp5  
`[@VxGy_  
4NUNOv`[{  
QQ：2987619807 6n-r  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习