[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) T$RVz   
*^e06xc:  
应用示例简述 H,bYzWsrPo  
 pbM~T(Y8  
1.系统说明 dY'/\dJ  
RwJ#G7S#  
 光源 x?v/|  
— 平面波(单色)用作参考光源 \ws<W7  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ;WxE0Q:!~  
 组件 `1aEV#;  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 4+qoq$F</  
 探测器 `./$hh  
— 功率 @}k5rcQ*/  
— 视觉评估 ltRvNXx+]  
 建模/设计 g/e\EkT  
— 光线追迹：初始系统概览 (!`TO{!6P  
— 几何场追迹+(GFT+)： ANh7`AUuO  
 窄带单色仪系统的仿真 <3i2(k  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 fgcI55&jV{  
O}5mDx  
2.系统说明 r!A1Sfo4P  
R+ #(\  
vDl6TKXcu  
Rg@W0Bc)  
3.系统参数 Nr 5h%<`I  
X&R
,-^  
=g)|g+[H  
F*Lm=^:  
&}%rZU  
4.建模/设计结果 ig|ol*~  
E{+V_.tlu  
S-@E  
g*]Gc%  
总结 5H8]N#Y&  
y!JZWq%=  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 sswYwU  
1. 仿真 )1f8 H,q^  
以光线追迹对单色仪核校。 ea
Sf[!24"  
2. 研究 4E\Jk5co,  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 {Yp>h5nwM_  
3. 应用 :rr;9nMR[  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Ps=OL\i  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 5>{  
mhTi{t_fHM  
应用示例详细内容 ZmM/YPy  
系统参数 cF6eMml;  
2 VgFP3  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 yKSvg5lLy  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 OX|nYTp  
aNn\URR  
Npu#.)G  
6, =oTmFP  
2. 系统参数 J~dk4D\  
cO}`PD$i  
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。 G+Gd;`4  
="X2AuK%1$  
!I3_KuJ5  
/q.iUwSK>  
3. 说明：平面波(参考) jpg$5jZ  
w,uyN  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 6KT]3*B   
g~,"C8-H  
xz9xt  
cPQUR^!5  
4. 说明：双线钠灯光源 7&ty!PpD  
{{'GR"D  
++b1VBP  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 kTJz
.  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 df@r2 /Y  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 c-1Hxd YD  
VG,O+I'^z  
fyb:eO}  
1D@'uApi.  
5. 说明：抛物反射镜 HP`dfo~j  
o{C7V*  
Rn] `_[)*~  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ^P)W/2  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 6;|6@j  
%5) 1^  
}V@ * :3w8  
bU3e*Er  
55aJ=T  
Atdr|2  
6. 说明：闪耀光栅 0f"9wPC  
7bC1!x*qw  
M}jF-z  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 )83UF r4kP  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 5X8GR5P  
1Z. D3@  
sR(or=ub~  
Nd5G-eYI  
/iz{NulOz*  
v$H=~m  
7. Czerny-Turner 测量原理 k)'y;{IN  
d<x7* OW)  
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。 '{e9Vh<x  
G6l:El&  
qM~;Q6{v  
}(*eRF'  
`,-w+3?Al  
8. 光栅衍射效率 4V2}'/|[  
H]^hEQ3DT  
I-L52%E]  
 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。 %s|`1`c  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 aicvu(%EE  
 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) _zuaImJ0o  
lfle7;  
nTy8:k']  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Nft~UggK  
?W6qwm,?L  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 %9^^X6yLM  
NVt612/'7y  
5X4
#T&.  
u ZzO$e  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 MKl`9 Y3Ge  
Z%rMX}  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 /Qa'\X,f3  
m'j]T/
WF  
pZVT:qFF  
}jfOs(Q]  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 ]U4)2s  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 C[4{\3\Va  
Za"m;+H<E  
应用示例详细内容 E}YJGFB7"  
~g#$'dS  
仿真&结果 :!'!V>#g  
ZqONK^  
1. 结果：利用光线追迹分析 Bv=  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ?QJS6i'k  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 `FJ2 ?  
nfj8z@!  
6h?v/\  
>e'Hz(~'/  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd y TbOBl  
NZ|(#` X  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 tPQjjoh  
 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)。 o(
gEyK  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， /s/\5-U7q  
goMv8d  
 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。 (=jztIZC
 
4\#b@1]}  
e
>6NO  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms )R+26wZ|n*  
GR%h3HO2&  
3. 衍射效率的评估 *v}3So
 
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 yPn!1=-(  
0%W0vTvL  
Qm(KvL5  
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。 :j<ij]rsI  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 5#WyI#YNG  
~;QzV?%  
4. 结果：衍射级次的重叠 /b;GC-"v  
 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。 j%q,]HCANh  
 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)。 +";<Kd-  
 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。 J#/L}h;qH  
 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) .Fl5b}C(  
 光栅方程： Z=I+_p_G  
.='hYe.  
C/JFb zVx  
U65a_dakk  
o8ERU($/  
5. 结果：光谱分辨率 (K74Qg  
p]]*H2UD  
lQ{o[axT
 
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run 1y{@fg~..  
\* /R6svz  
6. 结果：分辨钠的双波段 tK0Ksnl^  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 o9JZ-biH  
   6?(Z f  
Z/*X)mBuB  
-Uo"!o>x|  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 Vz\?a8qQ<  
HX`>" ?{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run >hFg,5 _l3  
hgU#2`fS  
7. 总结 g,O3\jjQ  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 S [=l
/3c  
1. 仿真 o_#F,gze)S  
以光线追迹对单色仪核校。 -LnNA`-  
2. 研究 SO#R5Mu2N  
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。 0;X0<IV  
3. 应用 u 6"v}gN  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 'VQ mK#  
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。 g-NfZj?  
扩展阅读 h+ggrwg'  
1. 扩展阅读  F<Y>  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 BIn7<.&  
km=d'VvnI  
 开始视频 #^zUaPV 7r  
- 光路图介绍 +]*hzWbe  
- 参数运行介绍 b'mp$lt!  
- 参数优化介绍 g+zfa.wQ  
 其他测量系统示例： wF.S ,|  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) MVYf-'\^
  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) {[tx^b  
2`V[Nb  
-+H?0XN  
QQ：2987619807 QZO9CLX 8k  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习