[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) bS,etd  
.Xi2G@D  
应用示例简述 61
G|?Aax  
'HCnB]1  
1.系统说明 D^N[=q99&e  
8:~b &>  
 光源 ; /=
L  
— 平面波(单色)用作参考光源 B.El a  
— 钠灯(具有钠的双重特性) L+Eu d  
 组件 4yhcK&  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 [@g~  
 探测器 r9<V%PHv  
— 功率 0"4J"q]&  
— 视觉评估 )4PB<[u  
 建模/设计 _<XgC\4O|  
— 光线追迹：初始系统概览 "8FSA`>=  
— 几何场追迹+(GFT+)： |l$ u<3  
 窄带单色仪系统的仿真
-W9gH  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 l4zw]AYk+X  
A^8x1ydZ  
2.系统说明 1PmX."a  
'w:bs!  
KA?v.s  
rJX\6{V!_  
3.系统参数 &h\7^=s.  
whw{dfE  
GZ <nXU>  
9+t=|  
[Q|M/|mnR1  
4.建模/设计结果 +eC3?B8rN  
\,hrk~4U;(  
X`D+jiQ(f  
(NPxab8e*  
总结 LGAX
"/LX  
,2
,W^HJ  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 %iX/y  
1. 仿真 (xbIUz.  
以光线追迹对单色仪核校。 i]dz}=j'  
2. 研究 ;|;iCaD a+  
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。 {-J:4*`  
3. 应用 1EQvcw#  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Q4=|@|U0  
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。 9Eu #lV  
xuF5/(__  
应用示例详细内容 ^:+Rg}]W^  
系统参数 Rh[Ibm56  
dok)Je  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 %/Bvy*X&  
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。 .8:+MW/  
d[S#Duz<&  
r 3|4gG  
 9|<Be6  
2. 系统参数 _Yy:s2I8B  
6W$rY] h!  
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。 QE3ryD  
Qne0kB5m  
(U_wp's  
puA|NT  
3. 说明：平面波(参考) VcrVaBw  
}f]b't  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 7pP+5&*  
so*/OBte  
BW>5?0E[4(  
9{$8\E9*nd  
4. 说明：双线钠灯光源 HgaZbb>'  
/,LfA2^_j{  
;$z7[+M  
 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。
l0:5q?g  
 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)。 x^X$M$o,l  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 Hsgy'X%om  
3(C :X1  
(![t_r
0  
d+Ds9(gV  
5. 说明：抛物反射镜 +2Z#
M  
u0g*O]Y  
A=y"x$%-_  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 -p]>Be+^x  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 S+iP^*L,c  
JtFiFaCxY  
GkciA{  
Za0gs @$  
nEyIt&>9  
&wb9_?ir-  
6. 说明：闪耀光栅 vtZ?X';wh  
/BT1oWi1y  
aHC%19UN  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 "$DldHC  
 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 gB >pd?d  
V_f`0\[x  
S/fW/W*/}  
LXNQ
b6!  
'W(xgOP1  
Z%e|*GS{  
7. Czerny-Turner 测量原理 #%8 w
  
C\
A49q  
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。 @hsbq  
L+t[&1cW  
wV:C<Mg7q  
`.8UKSH+  
HCazwX  
8. 光栅衍射效率 )!sa)\E?  
;cLUnsB\  
K$ AB} Fvc  
 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。 iadkH]w  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 !oGQ8 e  
 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) I="oxf#q  
fv2=B)8$  
auL^%M|$R  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd jA<T p}$!  
;(S|cm'>}  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 [e1L{_*l  
!W~<q{VTs  
J=9#mOcg"  
L/fRF"V  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 3e 73l  
H(&Z:{L  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 KuXkI;63J>  
)$_,?*fq:  
t!~S9c  
m|1n x  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 !M^\f N1  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ;{Jb6'K1
h  
RHI&j~  
应用示例详细内容 !=[>r'+3  
Ag6uR(uI  
仿真&结果
%Rarr  
R&Ci/  
1. 结果：利用光线追迹分析 x5F@ad9  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ~!]m6/  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 3I*uV!notJ  
75AslL?t  
s#P:6]Ar  
-l[jEJS}  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd iaRR5
D-  
k{-`]qiK  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 K(3&27sGN  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 7P*Z0%
Q  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， =fWdk\Wv  
ls @5^g  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 fnOIv#  
(}"S)#C  
+'%\Pr(  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms M2p<u-6 "  
sOQcx\dK  
3. 衍射效率的评估 RH~sbnZ)F  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 [%~^kq=|  
<4f,G]UH_  
@woC8X  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 G"> 0]LQ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd T V;BNCg  
GoD ?KC  
4. 结果：衍射级次的重叠 9U'[88  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 i~8DSshA  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 X:{WZs"[x  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 74]a/'
4  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) t'aSF{%  
 光栅方程： O<`,,^4w/  
Azn:_4O  
)!a$#"'  
@h(!<Ux_  
QS;F+cmTh  
5. 结果：光谱分辨率 ytz8=\p_b  
yQwVQUW8B  
/RqhykgZ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run u-39r^`5  

$iHoOYx]<  
6. 结果：分辨钠的双波段 <m1sSghg  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 v F[CWV.  
   0[9I0YBJ  
R9vY:oN%  
OpqNEo\  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 }$:#+ (17  
lR}%)3_k  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Mciq-c)  

s|g
p  
7. 总结 @'HT;Q!\Vd  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Q"'V9m7 i  
1. 仿真 *]2R.u  
以光线追迹对单色仪核校。 N5KEa]k1nw  
2. 研究 9`INC~h  
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.Vtc-yZU  
3. 应用 a[i>;0  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 !;+U_j'Pg  
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。 y1u9B;Fd  
扩展阅读 Yw[{beo  
1. 扩展阅读 pUhc3L  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 H!. ZH(asY  
r w\D>}\  
 开始视频 ngLJ@TP-  
- 光路图介绍 x ^[F]YU  
- 参数运行介绍 |!xpYT:  
- 参数优化介绍 K%PxA#P}  
 其他测量系统示例： zLK\I~rU!  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) `VXZ khm  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Of#K:`1@  
6qDfcs  
_4!{IdR  
QQ：2987619807 VWD.J  

楼上你有图中的仿真文件么

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