[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) Cu\6VnW_6  
lL<LJ :L  
应用示例简述 *mVQN1  
2d60o~E  
1.系统说明 Sy0-tK4  
aS $ J `  
 光源 [11D7L%1t  
— 平面波(单色)用作参考光源 \GP0FdpV  
— 钠灯(具有钠的双重特性) uH.1'bR?a  
 组件 y$Rh$eK  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 8N,mp>~  
 探测器 K'@lXA:  
— 功率 Acl?w
}Y  
— 视觉评估 ZR[6-  
 建模/设计 #-<n@qNg[  
— 光线追迹：初始系统概览 ^VOA69n>$  
— 几何场追迹+(GFT+)： Kt*kARN?  
 窄带单色仪系统的仿真 W|I<hY\X  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 q L-Ni  
cAQ_/>  
2.系统说明 ={k_ (8]  
k>V~iA  
\;FE@  
ny'wS  
3.系统参数 G^W'mV$xl  
PHh4ZFl]_I  
PFSh_9.q  
AcQmY?  
\jCN ]A<  
4.建模/设计结果 b.#0{*/G  
wpK[;  
}7+`[g  
$a.,;:  
总结 3;<Vv*a"Dm  
6-t:eo9  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 fpA%
:V  
1. 仿真 .:(T}\]R  
以光线追迹对单色仪核校。 sz@Y$<o  
2. 研究 dml,|k=  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 #J`MR05  
3. 应用 KGP*G BZr  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 zk^uS#  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 RemjiCE0'  
h{/lW#[  
应用示例详细内容 "wj~KbT
}&  
系统参数 nqC@dHP  
Xwz'h;Ks_  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 "x4}FQ  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 N${Wh|__^l  
j|DjO?._'  
y.,li<  
z>A;|iL  
2. 系统参数 D0*+7n3  
rk7d7`V  
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。 z:)z]6  
.:9XpKbt  
16|miK[@  
Z1N=tL  
3. 说明：平面波(参考) yP*oRV%uX  
kR]AW60OE  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ^EZ?wdL  
)Pj4_$uM  
E! mxa  
=`/GBT$  
4. 说明：双线钠灯光源 7Rl/F1G o}  
rL23^}+^`  
V[^+lR  
 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。 rvG0aqO`  
 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)。 _M)J{ {?:  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 8umW>  
= 6.i.(L_S  
j%ux,0Y  
H|I.h{:  
5. 说明：抛物反射镜 ['DYP-1J  
Jie=/:&  
J5L[)Gd)D  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 %~EOq\&  
 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。 m*rw?nLZ  
Mp_SL^g|  
Ox^VU2K;&.  
,ek0)z.  
'~n=<Y  
.&;:X
)  
6. 说明：闪耀光栅 ]>oI3
&6s  
0ra+MQBg  
M <ccfU!  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 P
o7oo9d  
 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 m?O"LGBB=  
Z/+H  
2^ kK2D$o  
9YVr9BM'K  
aB)G!Rm&  
TQsTL2a  
7. Czerny-Turner 测量原理 KYC<*1k  
TF-a1z  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 qd@Fb*  
91:TE8?Z  
mL3 Q  
wOrpp3I  
(k24j*1e$  
8. 光栅衍射效率 0uhIJc'2  
jGFDj"Y  
2hFOwI  
 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。 ]X<L~s_*  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 L,*#  
 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) zD): yEc  
Na{&aqdz  
dZ"d`M>o6  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd W0s3nio  
2X|nPhNi  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 0&2eiMKG?n  
a.B<W9$`  
Ahrtl6@AS  
[J+]1hCZ|  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 N7}yU~j^  
g<5G#  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 g0Jy
:`M  
S'(Hl}h!.  
>|_B=<!99W  
=(Wl'iG   
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 *}Nh7>d(  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 W;ADc2#)  
nWsR;~pK  
应用示例详细内容 &~sk7iGi  
t0+D~F(g  
仿真&结果 _T(MMc  
A]AM|2
D  
1. 结果：利用光线追迹分析 #PZBh  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。  Sn-D|Z  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 iYb{qv_4  
T[]kun  
&E$:^a4d  
zR_yxs'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd Ng+Ge5C9  
XYHVw)  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 SCKpW#2dP{  
 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)。 } f+hB  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， gfmaO]  
+<W8kb  
 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。 Wkc^?0p  
7kH GU  
>TddKR@C  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms E K#ib  
[nG[@)G~0M  
3. 衍射效率的评估 ]WZi+  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 &$hT27A>k  
;P2(C >|  
q<!KtI4  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 &{(8EvuDd  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd u(P;) E"1  
"U%jG`q  
4. 结果：衍射级次的重叠 ybgAyJ{J<  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 jN^09T49  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 W5a>6u=g,  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 X]AbBzy  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) "Go)t+-  
 光栅方程： /dt'iai~l  
~L=Idt!9  
hV>@qOl '  
c0W4<(  
?jRyw(Q  
5. 结果：光谱分辨率 P g1EE"N@  
(y{nD~k  
}c-tvK1g  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run >5}jM5$  
'c|Y*2@  
6. 结果：分辨钠的双波段 V;SXa|,  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 d*TpHLm  
   RXU#.=xvy  
~\D H[Mt  
?{M!syD<  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 k7ODQ(*v  
JdW:%,sv  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run FWzf8*^  
l\Or.I7n  
7. 总结 Z,bvD'u  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 9XPQ1LSx  
1. 仿真 %*wOJx  
以光线追迹对单色仪核校。 zO07X*Bw  
2. 研究 IRW%*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。 M`kR2NCi  
3. 应用 niIjatT  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 B[rxV  
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[G&Ds8  
扩展阅读 34P5[j!h  
1. 扩展阅读 OY/sCx+c  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 _Ak?i\  
"x$RTuWA9  
 开始视频 bs_"Nn?  
- 光路图介绍 y~N,=5>j  
- 参数运行介绍 h.W;Dmf6]  
- 参数优化介绍 k$7@@?<  
 其他测量系统示例： %wp#vO-$  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) jW-j+WGSM  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) &i~AXNw  
 *R6n+d  
boR&'yX  
QQ：2987619807 @B
Z6{@*  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习