[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) ,`;jvY~Ec  
~_'0]P\  
应用示例简述 -u6}T!  
ddoST``G  
1.系统说明  M{]e5+  
. 3GnZR,L  
 光源 Z`rK\Bc  
— 平面波(单色)用作参考光源 plK=D#)  
— 钠灯(具有钠的双重特性) pJd0k"{  
 组件 yc*<:(p  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ?$3r5sx  
 探测器 6^Ph '  
— 功率 VJ3hC[  
— 视觉评估 (YIhTSL"]  
 建模/设计 {] O`gG  
— 光线追迹：初始系统概览 L{=l#vu  
— 几何场追迹+(GFT+)： WNhbXyp_  
 窄带单色仪系统的仿真 lY.B  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 , 7Xqte  
Wdo#?@m  
2.系统说明 NUMi])HkN  
&} ,*\Oj  
"9qp"%  

W}>=JoN^J  
3.系统参数 Raefj(^V  
6
_*!|g  
a'uU,Eb}#w  
}&1Iyb  
vXb:  
4.建模/设计结果 NgHpIonC  
p'&*r2_ram  
eZNitGaU  
>Dne? 8r  
总结 MHo1 lrZa+  
FSU<Y1|XM  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 a\pi(9R  
1. 仿真 =<{ RX8  
以光线追迹对单色仪核校。 "<*awWNI  
2. 研究 ?vu_k 'io  
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。 ^n9a" qz  
3. 应用  5@ foxI  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 M-Y0xWs  
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。 x5OC;OQc  
B;!f<"a8  
应用示例详细内容 )r9b:c\  
系统参数 y? "@v.  
[Uli>/%JB  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 !%xP}{(7  
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。 0KAj]5nvb  
55-D\n<  
zE`R,:VI  
8Mu;U3cIW  
2. 系统参数 : ,p||_G&  
:Q_x/+-  
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。 /s c.C  
B,_`btJ
h  
qX$u4I!,  
LmQ/#Gx  
3. 说明：平面波(参考) m=TJDr-  
TY.FpW  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 0Q~@F3N-\>  
.0|
=[|  
=x0No*#|'  
sS!w}o2X  
4. 说明：双线钠灯光源 r7 VXeoX  
u,7zFg)H  
5+P@sD  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 Sdd9Dv?!  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 XoR>H4xh  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 \iU]s\{).  
hazq#J!  
Z0ReWrl;`  
)NT5yF,m  
5. 说明：抛物反射镜 ~|lIC !q  
<y)E>Fl  
M)!skU  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 9`"DFFSMS  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 4_LQ?U>$  
}nud  
F9H~k"_ZJR  
PuX
UuJx(  
b2kWjg.4  
1f4bt6[  
6. 说明：闪耀光栅 ksWSMxm  
6^#uLp>  
4;KWG}~[o  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ZPO|<uR  
 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 @Bs0Avj.  
u3ZCT" !  
$/_qE  
V U~Dk);Bv  
Ip?]K*sq  
!gP0ndRJ=  
7. Czerny-Turner 测量原理 O~@fXMthh  
NY.k.  
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。 K:5eek  
,EEPh>cXc  
o a<q/  
8#LJ*o  
2 x4=  
8. 光栅衍射效率 x<B'.3y  
KhaYr)&~  
.q;ED`G  
 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。 #^rU x.  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。
Sm|(  
 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) z4M1D9iPY  
Llz['"m  
=P^wh  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Xl%0/o  
cHD%{xlb  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 M{N(~ql  
K7`YJp`i  
. (`3JQ2s  
p!W[X%`)  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 .~klG&>aV  
sR_xe}-  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 !3}deY8;#  
j9y3hQ+q  
-50AX1h31:  
;IZ
?19Q  
 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)。 vRhnX  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 kA#vByf`v  
d"THt}
  
应用示例详细内容 6sxz_f  
&M"ouy Zo9  
仿真&结果 [}o~PN:sT(  
<GIwRVCU  
1. 结果：利用光线追迹分析 s& yk  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 GJQc!cqk  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 2x}6\t  
n9hm790x-  
>Da~Q WW|  
>Pal
H24]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd xtfRrX^  
RR|\- 8;  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 )0CQP  
 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)。 .v`b[4M4  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， xJ(:m<z  
yTAvF\s$(  
 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。 $H2GbZ-I  
d53 L6
5[  
w:ULi3  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms FJS'G^  
XGs^rIf  
3. 衍射效率的评估 Dpqt;8"2L  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 }Uw#f@Wh  
z
V.pol  
$\\lx_)  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 QT!5l`  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd V[hK2rVH.  
6m`{Z`c$  
4. 结果：衍射级次的重叠 pR$6,Vi  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 ae`|ic  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 p2pAvlNoF  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 B5=($?5^6%  
 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) #MgvG,  
 光栅方程： 8L{u}|{  
_PXdzeI.  
~!:0iFE&H  
l?E|RKp  
hKe30#:
v  
5. 结果：光谱分辨率 l I-p_K  
#$1$T  
]qktj=p  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run *i%quMv  
%FA@)?~  
6. 结果：分辨钠的双波段 d/
U."
V}  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ST',4Oph5  
   ]|Zb\{  
$RO$}!  
H%i>L?J2/  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 M<`|CVl  
-T_\f?V88  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run P%>?[9!Nt  
0!#;j{JQ  
7. 总结 Vz:_mKA  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 oyeG$mpg  
1. 仿真 /L~m#HxWU  
以光线追迹对单色仪核校。 :7b-$fm  
2. 研究 &O1v,$}'  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 uofLhy!  
3. 应用 SI-X[xf  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 JOfV]eCL  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 L* |1/  
扩展阅读 +;gsRhWk  
1. 扩展阅读 ?0vNEz[  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ")`S0n5e  
kX;$}7n  
 开始视频 RU_L<Lpi  
- 光路图介绍 '044Vm;/  
- 参数运行介绍 :pZ}
*?\  
- 参数优化介绍 _l&ucA
 
 其他测量系统示例： 2
p< Aj!  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) v59nw]'  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) Rlw3!]5+2  
O%JSViPw  
J!p<oW)a!  
QQ：2987619807 d-$_|G+  

楼上你有图中的仿真文件么

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