[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) c2SC|s]  
G)=HB7u[a  
应用示例简述 ("7M b{  
_,h@:Xij  
1.系统说明 BF|(!8S$U  
&7?R+ZGo  
 光源   \J^  
— 平面波(单色)用作参考光源 }`_@'4:t  
— 钠灯(具有钠的双重特性) z T%U!jqI  
 组件
d~tuk4F  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 '$|UwT`s  
 探测器 OIb  
— 功率 EEy$w1ec  
— 视觉评估 PnT)LqEF  
 建模/设计 qf'm=efRyu  
— 光线追迹：初始系统概览 :y]Omp  
— 几何场追迹+(GFT+)： JM$.O;y -  
 窄带单色仪系统的仿真 46jh-4)<  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 Weoj|0|t  
1tzV
8(7  
2.系统说明 ;_kzcK!l
 
Die-@z|Y  
W><Zn=G4)b  
w [>;a.$  
3.系统参数 qgt[~i*  
JD>d\z2QC  
DbX{#4lx  
Lr;(xw\[
'  
UK#&lim  
4.建模/设计结果 Ths_CKwgWY  
k?nQ?B W  
JF9y
VE-  
j'%4{n  
总结 C=Fzu&N}  
>>dm}X  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 !{,F~i9  
1. 仿真 }'"Gr%jf(  
以光线追迹对单色仪核校。 ,"
-Rf<q/  
2. 研究
YEu1#N  
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。 Z]w#vL
R  
3. 应用 pVp:@0h  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 T<yP* b2E  
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。 z"4]5&3A  
Ko>&)%))$X  
应用示例详细内容 eg+!*>GaX  
系统参数 V
vbFp  
=tTqN+4  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 W" "*ASi  
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。 |aQ"3d  
$Kj&)&M  
PQW(EeQ  
FUK3)lT  
2. 系统参数 FxG7Pk+=  
>Y 1{rSk  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 Rx36?/  
S/vf'g
j  
X#a`K]!B  
Wm'QP4`  
3. 说明：平面波(参考) W_O)~u8  
(<t_Pru  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 8?t"C_>*e  
NY$uq+Z>  
?i\B^uB  
>>[/UFC)n  
4. 说明：双线钠灯光源 SDG-~(Y  
?8dVH2W.  
kpwt]]e*  
 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。 4W4kwU6D  
 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)。 fHrt+_Zn|  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 D;GD<zC]  
a^qNJ?R!  
-
N>MBn  
MJ<Jb,D1  
5. 说明：抛物反射镜 u/
b7Z`yX}  
j83? m  
+1C3`0(  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 6Q4X6U:WB  
 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。 V{-AP=C7  
`"yxdlXA  
%x;x_  
\2[<XG(^  
pi(-A  
87!C@XlK_  
6. 说明：闪耀光栅 js^ ,(CS  
A% Q!^d  
[@<sFP;g  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Op.8a`XLt&  
 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 w"m+~).U  
c97{Pu  
uxn)R#?  
JuRH>`  
Zt -1h{7  
8rZ!ia!  
7. Czerny-Turner 测量原理 S|V4[ssB  
cxeghy:;U  
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。 D'<VYl"/  
4rK{-jvh>m  
4nfu6Dq  
=d 2r6%v  
@K223?c8l  
8. 光栅衍射效率 lLq<xf  
C-eA8pYY/  
gie
N9S  
 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。 ~na!@<zB{  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 tbo>%kn  
 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) \b V6@#,  
Bm$"WbOq*R  
KAA-G2%M  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 8VG!TpX/B  
@tohNO>  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 <`X"}I3ba  
vD/NgRBww  
Kemw^48ts  
WS-dS6Q}  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 E9\vA*a  
%t=kdc0=_  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 2=0DCF;Bv  
%)jxW
{  
!1T\cS#1%  
B|o2K}%f  
 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)。 f#ri'&}c :  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 $d?.2Kg  
M
$f7sx  
应用示例详细内容 `y#UJYXQE  
d1[ZHio2c?  
仿真&结果 HF|oBX$_  
fnx-s{c?  
1. 结果：利用光线追迹分析 o1nURJ!  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 m%?V7-9!k  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 IK*07h/!  
r$)w7Gk<  
x@8a''  
/VG2.:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd |>@W ]CX[  
q -8t'7  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Z"unF9`"1  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 ctcS:<r/3@  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， .k,YlFvj  
UA|u U5Q  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 'vNG(h#%d  
gv5*!eI  
^n0]dizB  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Sna4wkbS  
\W1/p`  
3. 衍射效率的评估 uslQ*7S[^  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 K\|FQ^#UYm  
6;b~Ht  
v%Wx4v@%SE  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 sVex (X  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd v+99 -.  
Uix6GT;  
4. 结果：衍射级次的重叠 # W"=ry3{  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 nB .
G  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 V')0 Mr  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 R:B^  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) `-LGU7~+  
 光栅方程： s=CK~+,/  
X.:]=,aGW  
bJs9X/E  
&r:7g%{n  
k1Q?'<`  
5. 结果：光谱分辨率 0Fu~
%~#E$  
.1LCXW=  
y|wc,n%L>  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run r7qh>JrO  
=FD;~  
6. 结果：分辨钠的双波段 0Lb4'25.  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 B$Kn1 k  
   kwsp9 0)  
R4-~jgzx  
m)oJFF  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ={u0_j W  
ge8/``=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 7F'`CleU  
#KO,~]k5|e  
7. 总结 ^aW Z!gi  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 cv`~y'?D  
1. 仿真 tor!Dl@Mo  
以光线追迹对单色仪核校。  Tgl}  
2. 研究 Q$fmD  
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。 M'/aZ# b  
3. 应用 %.vVEy  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 VH:]@x//{  
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。 9+pmS#>_  
扩展阅读 0x!2ihf  
1. 扩展阅读 x,'!eCKN  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 :<|<|qJWo  
0Zg%+)iy@  
 开始视频 Qa.uMq  
- 光路图介绍 a`0=AQ  
- 参数运行介绍 \J6j38D5  
- 参数优化介绍 )(@Hd  
 其他测量系统示例： 9HX =T%  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) (IPY
^>h  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) nqf,4MR  
=lpQnj
"  
)l#E}Uz  
QQ：2987619807 {*ob_oc  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习