[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) K
;P<c,9X/  
WX}pBmU  
应用示例简述 !v?WyGbUg  
[e?vqm .  
1.系统说明 +H6cZ,  
7Ug^aA  
 光源 M0Vs9K=  
— 平面波(单色)用作参考光源 >O/1Lpl.3  
— 钠灯(具有钠的双重特性) Nny#}k Bt  
 组件 =b/:rSd$NA  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 h$2lO^  
 探测器 7CV}QV}G  
— 功率 "Wn8}T*  
— 视觉评估 .e1Yd8  
 建模/设计 `HV~.C  
— 光线追迹：初始系统概览 D?`|`Mu  
— 几何场追迹+(GFT+)： QNxY`  
 窄带单色仪系统的仿真 W*.
6'u)9  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析  mm9xO%  
1<$z-y'  
2.系统说明 o@@, }  
qJ%AbdOI8  
||o :A  
u~\l~v^mj  
3.系统参数 3Ued>8Gv  
&KPJB"0L  
L2`a| T=  
F_z1ey`t  
3R)_'!R[B  
4.建模/设计结果 2Wp)CI<\D  
%Qy9X+N:  
[
a!*m<  
< +X,oxg  
总结 =VvQ2Y0h8  
`ZZq Sc4  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ![3l K  
1. 仿真 TM<;Nj[*n  
以光线追迹对单色仪核校。 iZn<j'u  
2. 研究 Q@5v> `  
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。 ZxU3)`O  
3. 应用 6 TSC7jO  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 P)rz%,VF+  
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。 v/z~ j  
1ILAUtf)  
应用示例详细内容 =L9;8THY  
系统参数 Y2>0Y3yM  
>NjgLJh  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 Ot
([5/K  
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。 *Vr;rk  
$Fik]TbQp  
,*j@Zb_r  
I_3{i`g  
2. 系统参数 1rGi"kdf  
At)\$GJ  
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。 Kl]LnN%A{  
cC7&]2X +f  
J8#3?Lp  
J*m~fZ^  
3. 说明：平面波(参考) 5~\GAjf  
r"W,G/;h  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 >v1ajI>O&{  
BZ}_  
t:yJ~En]=  
c'&\[b(m  
4. 说明：双线钠灯光源 K}TSwY  
{<L|Z=&k`  
Ae|bAyAK  
 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。 h7cE"m  
 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)。 -cL wjI  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 *!&,)
''  
8Q\ T,C  
ZZJ<JdD  
B f"L;L  
5. 说明：抛物反射镜
=q?sB]n  
tde&w=ec  
r>Cv@4/j  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 M:d} P  
 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。 26[m7\O  
9MUg/  
3R6=C~  
]=?.LMjnH  
}^]TUe@a  
;I!Vba  
6. 说明：闪耀光栅 ,
B,:$G<  
U]64HuL  
6![}Jvu>  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 E4qQ  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 e(Y5OTus  
!1[ZfTX^a  
+
~za6  
)bl^:C  
CQ/ps,~M  
@\|Fd)  
7. Czerny-Turner 测量原理 cs0rz= ZdH  
ak$D1#hY  
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。 ` 3h,Cy^  
`tH:oP0=  
MD>xRs   
KU 98"b5  
?eOw8Rom  
8. 光栅衍射效率 @:K={AIa  
6h{>U*N"&d  
IA^*?,AZy  
 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。 2g$;ZBHO|8  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 ^17i98w  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) "mB /"  
cn2SMa[@S  
mV#U=zqb!S  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd (Ky$(Ubb#6  
|^C35 6M>  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 Fr)6<9%xVm  
+XpQ9Cd  
 7;$[s6$  
ujh`&GiB+  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 (Z?g^kjq)  
Yk=2ld;;  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ~vB
dq Yj  
iG+=whvL  
'Oa(]Br[  
8om)A0S  
 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)。 y@9ifFr  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 D),hSqJ"  
gIY]hC.  
应用示例详细内容 2aJ_[3p/h]  
{"mb)zr  
仿真&结果 ".sRi  
O]80";Uv  
1. 结果：利用光线追迹分析 z@U5  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ]+d>;
$O  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ]BaK8mPl  
Hgbrlh  
,
d7o/8u  
T~)R,OA7m  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd {9XQ~t"m^  
->`R[k  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 \ k &ZA  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 wG X\ub#!  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， gp NAM"  
|6 E !wW  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 :ioD*k  
<F?UdMT4y  
^ wb9n  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms `qhZZ{s)1U  
Pa-{bhllu)  
3. 衍射效率的评估 Y InPmR  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 a\tv,Lx  
^b6yN\,S  
=O>E>Q  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 Ti$_V_  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd nTCwLnX(O  
kerBy
\^  
4. 结果：衍射级次的重叠 f[-$##S.~  
 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。 Ue(\-b\)  
 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)。 \CrWKBL  
 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。 :I8HRkp  
 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) c|Fu6LF a  
 光栅方程： M`H@ % M  
K(rWM>Jv  
lS/l iI'Y  
$fG~;`T  
=DwY-Ex  
5. 结果：光谱分辨率 f}cCnJK  

[ps5  
g)nT]+&  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run j.+}Z |  
~2[mZias  
6. 结果：分辨钠的双波段 Y?\PU{O  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 tgC)vZ&a  
   :5_394v  
 I}u&iV`  
qv3% v3\4  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 <\oD4EE_  
J }|6m9k!  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run eDY)i9"W  
[Nu py,v  
7. 总结 t^"8 v3
'h  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 vfdTGM`3  
1. 仿真 c{[lT2yxU  
以光线追迹对单色仪核校。 HM
&"2c  
2. 研究 Ww=b{lUD  
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。 6/.cS
4
 
3. 应用 ]MnQ3bWq"j  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 h_15"rd  
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。 @@H?w7y?&  
扩展阅读 f"t+r /d  
1. 扩展阅读 _ qU-@Y$  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 7'Gkip  
:*MR$Jf  
 开始视频 , FR/X/8  
- 光路图介绍 #3_ @aq*  
- 参数运行介绍 zoZ10?ojC  
- 参数优化介绍 ei(S&u<  
 其他测量系统示例： ^xQPj6P}  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) QBb%$_Z  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Fb6d1I^wR  
]E^)d|_  
3,1HD_  
QQ：2987619807 u,./,:O%=  

楼上你有图中的仿真文件么

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