[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) OZ~5*v  
:6Lx@  
应用示例简述 .xm.DRk3  
E4~<V=2l  
1.系统说明 P>NF.BCq  
rFj-kojg  
 光源 Pu*6"}#~  
— 平面波(单色)用作参考光源 }n3/vlW9  
— 钠灯(具有钠的双重特性) D)m5  
 组件 BlA_.]Sg$  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ZOeQ+j)|I  
 探测器 =pS5uR~  
— 功率 )\J+Kiy)  
— 视觉评估 HiR[(5vnf  
 建模/设计 5n9
B?T8C  
— 光线追迹：初始系统概览 )quM4=u'  
— 几何场追迹+(GFT+)： eQp4|rf  
 窄带单色仪系统的仿真 2[O&NdP\Zk  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 6sx'S?Qa*  
d\R,Q  
2.系统说明 I uMQ9&  
!y@NAa0  
06c>$1-?  
pgQV/6  
3.系统参数 /tf5Bv'<  
o4K ~  
2ZG5<"DQ"  
GS a[ oh  
,}ECF>  
4.建模/设计结果 4,CXJ2  
r0+6evU2  
b`~p.c%(  
MbZJ;,e?  
总结 pgE}NlW  
=F]FP5V  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 KLitg6&P  
1. 仿真 OZ |IA:,}  
以光线追迹对单色仪核校。 *KV0%)}sbL  
2. 研究 XINu=N(g  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 O&4SCVZp  
3. 应用  Co
hDO  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 LYz.Ci}  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 Z{ X|6
.  
{B?Wu3-  
应用示例详细内容 bzuEfFaL  
系统参数
WaVtfg$!  
{=!b/l;@  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 $c:ynjL|P-  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 VC\S'z  
qln3 k`  
<`B,R*H{  
gv)P]{%^  
2. 系统参数 /H(? 2IHC  
jV>ra
CK_  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 j/r]wd"aUS  
ES.fOdx  
3=FZ9>by  
]B%v+uaW  
3. 说明：平面波(参考) zF8dKFE~  
AX;8^6.F3  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 sk,ox~0R  
vq^f}id  
&,c``z  
oX S1QT`B  
4. 说明：双线钠灯光源
\N!AXD  
T
Z(cu>  
w)kNkD  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 5NS[dQG5  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 E9Np0M<  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 RrX[|GLSJ  
86 W9rR  
}XV+gyG=@  
'IZI:V"  
5. 说明：抛物反射镜 dJ2Hr;Lc  
p^%YBY#,H  
-xSA  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 wRcAX%n&  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 WN?O'E=2  
 [F0s!,P  
"?ucO4d  
Ne8Cgp  
lef2X1w}!  
Ghx3EVqnx"  
6. 说明：闪耀光栅 2XFU1 AW  
uC+V6;  
v(B<Nb  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 01r 8$+  
 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 y#Fv+`YDl  
8jd;JPz@\  
xy5lE+E_U  
1|kvPo#  
 `x l   
{sihus#Q  
7. Czerny-Turner 测量原理 .y_/Uwu  
@&%'4j&+  
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。 p7veQ`yNc  
PD&\LbuG  
VL%UR{  
1rv)&tKs  
9N9L}k b  
8. 光栅衍射效率 !>{G,\^=pT  
rR9|6l 3  
??PC k1X  
 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。 i5Zk_-\#H  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 _,xc[ 07  
 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) $ACvV"b  
=Z P%mW&;}  
Ge-CY  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd W3IpHV  
"^w]_^GD$d  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 6l5:1|8b,!  
,4zmb`dP<  
;A|-n1e>Hc  
4{hps.$?~  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 YVYu:}e3)  
6|aKL[%6  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 i`QKH  
B^j  
ap&?r`Tu  
0'V5/W  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 RIb4!!',c  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 zo+nq%=  
}`W){]{kO  
应用示例详细内容 (8Bk;bd  
kSR\RuY*  
仿真&结果 LV\DBDM  
d]:I(9K  
1. 结果：利用光线追迹分析 2_n7=&  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 2q3+0Et8  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 iz8Bf;  
Cnbz=z  
#0ETY\}ZD  
]8Q4BW  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd |$Xl/)Oq  
wF|fK4F  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 txiP!+3OWB  
 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)。 jDy-)2<  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， jp0<pw_  
^Wc@oa`  
 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。 99:C"`E{  
)z&/_E=  
)3~{L;q
 
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms (iL|Sq&}b  
H *[_cqnv  
3. 衍射效率的评估 Qp/QaVQ+  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 t.laO. 3  
?Lyxw]  
``ou/Z  
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。 B[V+ND'(  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ft$RS
b#  
`glBV`?^  
4. 结果：衍射级次的重叠 +6';1Nb@  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 D@Vt^_  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 a#>Yh;FA  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 qOSM}ei>s  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) fjU8gV  
 光栅方程： \De{9v  
nq6@6GRG  
`}mcEl  
8ELCs<xI  
oJ4AIQjB  
5. 结果：光谱分辨率 eu(:`uu  
0URji~?|x  
|962G1.  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run SzjkI+-$:  
huJ&
]"C  
6. 结果：分辨钠的双波段 .u4 W /  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 :P<]+\
m  
   ch0{+g&  
 #`o2Z  
&Rvm>TC=  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 CbwJd5tk  
BZR:OtR^  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run fZ*+2T>  
;`^WGS(3.%  
7. 总结 ~g5[$r-u-u  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ^~3SSLS4"  
1. 仿真 I~ok4L?VB  
以光线追迹对单色仪核校。 *T5!{  
2. 研究 mT.u0KUIy  
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。 ApAO/q  
3. 应用 4scNSeW  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 JwAYG5W  
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。 BFo5\l:q8  
扩展阅读 V+VkY3  
1. 扩展阅读 wM2*#  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 0a}u;gt,4w  
eA#;AQm  
 开始视频 hRK/T7v  
- 光路图介绍 Mz~M3$$9n  
- 参数运行介绍 iZM+JqfU|D  
- 参数优化介绍 5 N#3a0)  
 其他测量系统示例： hM{{\yZS  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 80Gn%1A9  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) R,pX
:H&#+  
no< ^f]33  
>_|O1H./4  
QQ：2987619807 Hm%;=`:'  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习