[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) `? 9]'  
r{Qs9  
应用示例简述 s+y'<88  
Ee$"O6*!  
1.系统说明 YW4bm  
MA/"UV&M(  
 光源 XNkQk0i;g&  
— 平面波(单色)用作参考光源 i5>J  
— 钠灯(具有钠的双重特性) PpJE|[]  
 组件 \>aa8LOe  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 <'o'H  
 探测器 Z;"4$@|qE  
— 功率 ?@g;[310`  
— 视觉评估 7(+OsE  
 建模/设计 a@S4IoBg%  
— 光线追迹：初始系统概览 $Z(
g=nS>  
— 几何场追迹+(GFT+)： \Z6gXO_  
 窄带单色仪系统的仿真 tLoD"/z  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 5m%baf2_  
dEAAm=K,<  
2.系统说明 J^F(]  
<L!~f`nH2  
H8o%H=I%  
xi1N? pP  
3.系统参数 Dbkuh!R  
^ T:qT*v  
^NnU gj  
Ls$g-k%c@Q  
]\os`At  
4.建模/设计结果 vhE}{ED  
LBbo.KxAe3  
X,JWLS J  
'7O{*=`oj  
总结 ai;gca_P#  
@6i8RmOu}  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 .1[2 CjQ  
1. 仿真 _?(hWC"0  
以光线追迹对单色仪核校。 W:+2We@  
2. 研究 gQk#l\w_  
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。 jN'fm  
3. 应用 q
eK  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 d6d(?"  
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。 $E9daUt8"J  
utm+\/  
应用示例详细内容 0@mX4
.!  
系统参数 0P%|)Ae  
,T21z}r  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 q:~`7I  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 5S-o 2a  
]RrP !|^  
:9rhv{6Wp  
Oz9Mqcx  
2. 系统参数 M\.T 0M_  
Zm8 u:  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 jO3u]5}.6  
]stLC; nI  
,C'w(af@}  
>y06s{[  
3. 说明：平面波(参考) @IyH(J],h  
e=F( Zf+1^  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 XdIVMXLL\  
tx1m36a"  
divZJc  
f{ 4G  
4. 说明：双线钠灯光源 hZ\W ?r  
,w/mk$v  
}$k`[ivBx(  
 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。 5t5S{aCDr  
 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)。 |`t!aG8  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 W.6JnYLQ&  
4ysdna\+  
F6GZZKj  
uSQ>oi]  
5. 说明：抛物反射镜 \F+o
=  
QVRokI`BF  
Ccd7|L1  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 "KI,3g _V  
 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。 ://# %SE  

eN?P) ,  
J)yy}[Fx  
{7~ $$AR(  
Jx ;"a\KD  
Md?bAMnG+}  
6. 说明：闪耀光栅 'St= izhd  
hy&Hl  
$J0~2TV<  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 UV8r&O  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 e}4^N1'd/  
.fh?=B[o#  
u+gXBU  
\^(vlcy  
tD0>(41K  
oY6|h3T=Q$  
7. Czerny-Turner 测量原理 }:D~yEP  
|%cO"d^ri  
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。 MbFe1U]B  
bq&S?! =s  
-r'seb5  
f]A6Mx6  
XM@i|AK M0  
8. 光栅衍射效率 Jx>B %vZ\  
GV@E<dg$R  
&b6@_C9  
 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。 xv%USm  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 u`Qcw|R+  
 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) wfTv<WG,.E  
'=5_u  
/Vd#q)b%T  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd |Ge/|;.v`  
c@#zjJhW]  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 W#\};
P  
n_&)VF#n(  
H1j6.i}q  
}=m?gF%3  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 qVe6RpS  
}_/h~D9-T#  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 UpseU8Wo  
P:-/3  
x
&/Syb  
+Y]*>afG  
 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)。 |{IU<o x  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 .-~%w  
[%,=

0P}  
应用示例详细内容 & O\!!1%  
[K@!JY  
仿真&结果 dB/I2uGl>  
]JPPL4wAT  
1. 结果：利用光线追迹分析 V+~{a:8[pq  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 i{[H3p8  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 :9q^  
F8;4Oj  
]%8;c  
>P"/nS"nn  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd +Qb/:xQu  
pz}hh^]t  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 f>[;|r@K  
 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)。 ZLX`[  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， xQ 3u  
mf[79:90^  
 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。 ~EkGG .  
kGiw?~t=%  
pcTXTy 28  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 7tKft  
<G?85*Nv_  
3. 衍射效率的评估 _H<OfAO  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 G6mM6(Sr  
>,vW  
@@mW+16  
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。 ?ML<o>OKg  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd jV&W[xKa  
y/VmjsN}  
4. 结果：衍射级次的重叠 ibUPd."W  
 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。 Xtnmh)'K~#  
 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)。 9],"AjD  
 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。 2#}IGZ`Yp/  
 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) NfN6KDd]2L  
 光栅方程： pFRnPOv  
O[B_7  
;QD;5 <1  
3zF7V:XH  
Qh%vh;|^  
5. 结果：光谱分辨率 3"
D00~  
~M1%,]  
Yx c >+mx  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run y+R$pzX  
#|E. y^IC  
6. 结果：分辨钠的双波段 \ jdO,-(  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 2dW-WHaM  
   m|FONQ,@D  
4<Y[L'UaA@  
|noTIAI  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 =DwH*U/YR  
]r5Xp#q2  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run d0E5;3tQ  
UpBYL?+L  
7. 总结 0LuY"(LR  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 vAxtNRS  
1. 仿真 $& gidz/w  
以光线追迹对单色仪核校。 vA~hkkj{  
2. 研究 G=Bj1ss
.  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 o|E(_Y4d  
3. 应用 .sMi"gg  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 vjS7nR"T  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 rn*VL(Yd(  
扩展阅读 W7>_nK+g?  
1. 扩展阅读 /^ 7 9|$E  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 YP97D n  
aKcV39brr  
 开始视频 * OFT)S  
- 光路图介绍 wj~8KHan  
- 参数运行介绍 'o9V0#$!  
- 参数优化介绍 l%/,Ef*3  
 其他测量系统示例： ^>uGbhBp  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ?q`mr_x%?  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) >.>5%  
rMloj8O*  
"E#%x{d  
QQ：2987619807 %&GQ]pmcY  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习