[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) :dnJY%/q  
[hh/1[   
应用示例简述 ]A+o>#n}x  
ELD!{bMT  
1.系统说明 |i7a@'0)  
55DE\<r  
 光源 *hY2.t; X  
— 平面波(单色)用作参考光源 h~}.G{"  
— 钠灯(具有钠的双重特性) #&8rcu;/  
 组件 uGVy6,  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 I'!/[\_  
 探测器 `/IKdO*!S  
— 功率 n/Dp"4H%q  
— 视觉评估 I4c!m_sr  
 建模/设计 TzG]WsY_  
— 光线追迹：初始系统概览 zfI}Q
}p  
— 几何场追迹+(GFT+)： H9 tXSh  
 窄带单色仪系统的仿真 6lFfS!ZFA  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 MuI2?:~:*4  
RHY4P4B<v>  
2.系统说明 X[3}?,aqL  
zGlZ!t:  
nE W31 8  
CA s>AXbs  
3.系统参数 uGP(R=H  
Y%aWK~O  
:k=mzO<&  
+[-i%b3q  
XNH4vG |  
4.建模/设计结果 I PCGt{B~  
#f,y&\Xmf  
c-4STPNQi  
4=<*Vd`p  
总结 j<yiNHC  
5K%Wa]W  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 gzn^#3b  
1. 仿真 T6BFX0$  
以光线追迹对单色仪核校。 au@a8MP  
2. 研究 YT
aLjITG  
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。 k!L@GQ  
3. 应用 Ctu?o+^;z  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 o>]`ac0b}Y  
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。 0\QR!*'$  
|V,<+BEi  
应用示例详细内容 o^p  
系统参数 45 >XKr.%  
:l\V'=%9'@  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪  #1nJ(-D+  
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。 KLWDo%%u  
Sm{>rR  
R{hf9R,  
XP?rOOn  
2. 系统参数 3`.P'Fh(k  
~l E _L1-c  
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。 kGYTl,A{  
Wd,a?31|
 
X@A1#z+s0]  
JK_OZ  
3. 说明：平面波(参考) umEVy*hc  
qdD)e$XW,  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ki]ti={12  
>]D4Q<TY  
pW\'ZRj  
?}QH=&=^  
4. 说明：双线钠灯光源 8(U{2B8>\%  
15\Ph[6g  
7A$B{  
 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。 Qx3eLfm  
 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)。 3,X/,'  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 P\2M[Gu(Q  
Q9F)  
`TLzVB-j3  
~+F;q vq  
5. 说明：抛物反射镜 D@ek9ARAq  
G@ \Pi#1  
"f.Z}AbP  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 kma?v B  
 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。 +C]&2zc.  
?X$,fQ#F|  
sYSLmUZ{  
QP@<)`1t9  
jdA ]2]  
gxNL_(A  
6. 说明：闪耀光栅 z,SYw &S  
LaFZ?7@|}  
g2cVZ!GIj  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 I<oL}f  
 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 6=_~0PcY  
7j<e)"  
eU+ {*YJg  
}ET,ysa  

v5}X+'  
ChrY"  
7. Czerny-Turner 测量原理 zt24qTKL  
#Il_J\#  
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。 vT^Sk;E  
dhPKHrS  
+FG$x/\*0  
:fcM:w&  
.1 )RW5|c  
8. 光栅衍射效率 %V!iQzL1  
2.uA|~qH  
B:TR2G9UT  
 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。 NR%Y+8^M  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 }Rvm &?~O  
 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) H;ZHqcUX  
4Aes#{R3v  
]w).8=I  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ,V] ]:eR  
Pf_F59"  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 6(&Y(/  

Lz9#A.  
l*aj#%ha  
Z [Xa%~5>5  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 +YY8h>hj  
 cc=gCE  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 "bQ[CD  
fG L
G$b  
0X|_^"!  
LHCsk{3
 
 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)。 }ucIH@U{  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ihe(F7\U  
. v)mZp  
应用示例详细内容 f'(l&/4z{  
A?!I/|E^;  
仿真&结果 9<Eg}Ic  
4Cb9%Q0  
1. 结果：利用光线追迹分析 yTM3^R(  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 F!!N9VIC  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 l;X|=eu'  
2C^B_FUg|]  
oP?YA-#nc  
R0Ue0pF7  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd SkNre$>t{  
r`\A nT?  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 faXx4A2"  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 ^)yTBn,  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， m`?MV\^  
qOV[TP,  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 .aOnGp  
&N
ZfJs  
K ?$#ntp  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms H5>hx{  
h&@R| N  
3. 衍射效率的评估 ybdd;t}&1  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 eLD?jTi'  
WP**a Bp  
neF]=uCWnT  
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。 4pU>x$3$  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ?dZt[vAMn  
T5Eseesp  
4. 结果：衍射级次的重叠 d5I f"8`@  
 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。 NVV}6TUV  
 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)。 kdx y\ jA  
 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。 qa >Ay|92e  
 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) =ziwxIo6  
 光栅方程： W1aa:hEf  
d^ ZMS~\*  
m#H3:-h,  
$K~LM8_CKy  
,hxkk`  
5. 结果：光谱分辨率 N6QVt f.  
 r}_c  
VzS&`d.h  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run "%2xR[NF  
5x2Ay=s  
6. 结果：分辨钠的双波段 ?wpB
`  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 &:*q_$]Oz  
   3*S{;p  
8t"~Om5sG  
[t]X/O3<  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 !{^\1QK  
7YWNd^FI V  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run bBxw#_3A?E  
)o _j]K+xI  
7. 总结 5-u=o)>  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 YMpf+kN  
1. 仿真 uUR~&8ERX  
以光线追迹对单色仪核校。 7XrfuG*L$  
2. 研究 "R #k~R  
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。 JMBK{JK>  
3. 应用 pj|pcv^  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 =wu*D5  
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。 R614#yn-+  
扩展阅读 ]Z<_ "F  
1. 扩展阅读 gW(gJ; L,%  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 |tMn={  
JwnAW}=  
 开始视频 J<j&;:IRd  
- 光路图介绍 7iC *Pr  
- 参数运行介绍 [V#r7a  
- 参数优化介绍 ("7M b{  
 其他测量系统示例： _,h@:Xij  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) <S"~vKD'  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) )YW<" $s  
6&v?)o  
0CvsvUN@  
QQ：2987619807 tYW>t9  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习