[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) /1hcw|cfC  
S@ItgG?X  
应用示例简述 Lp+?5DjLT  
ph3dm\U.  
1.系统说明 JP]-a!5Ru  
J|8 u  
 光源 V|4k=_-  
— 平面波(单色)用作参考光源 FX~
pjM  
— 钠灯(具有钠的双重特性) {!pYQ|#  
 组件 WVx^}_FD0  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 =[)2DJC  
 探测器 Oj
K+`D_C  
— 功率 p(yHB([8  
— 视觉评估 H$,wg!kY!  
 建模/设计 WmblY2  
— 光线追迹：初始系统概览 )r XUJ29.  
— 几何场追迹+(GFT+)： LOk J  
 窄带单色仪系统的仿真 f/Q/[2t  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 jVSU]LU E  
't475?bY  
2.系统说明 zH *7
!)8  
Pj7MR/AH  
0}\8
,U  
)+a]M1j  
3.系统参数 FuP~_ E~  
eM^Y  
@nM+*0 $d  
v2>Dn=V  
)2bbG4:N  
4.建模/设计结果 iv6bXV'N  
7K/t>QrBtU  
-B:O0;f  
okBaQH2lUl  
总结 @Z@S;RWS
U  
o H]FT{  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 (U*Zz+ R   
1. 仿真
=CL h<&  
以光线追迹对单色仪核校。 @SAJ*hfb0  
2. 研究 z|zd=3c  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 n:JG+1I  
3. 应用 r6e!";w:U  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 !6*4^$i#o  
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。 DE$T1pFV  
3\
5I4#S  
应用示例详细内容 A~'p~@L  
系统参数 s1zkkLw`*  
dg;E,'e_ p  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 V V Aw y6  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 vtTXs]>  
Cx8  H  
mtNB09E(  
Le,+jm  
2. 系统参数 *G,r:Bnb  
Cta!"=\  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 PML84*K -  
2Zi&=Zj"  
T!Uf PfEI  
~VJP:Y{[  
3. 说明：平面波(参考) :$oiP  
Y1 6pT  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 `aaT #r  
A Zv| |8p  
Nv\<>gA:  
|r53>,oR<:  
4. 说明：双线钠灯光源 \MtdT[*  
b'4r5@GO  
avH3{V  
 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。 q^b_'We_9  
 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)。 qAuq2pHA+d  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 %(kf#[zQ  
'a enhj  
A*3R@G*h  
p9iCrqi  
5. 说明：抛物反射镜 H3qL&xL  
iTeFy-Ct  
"yxBD 7  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 '5n=tRx  
 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。 /4u:5G  
4(\7Or(''  
AmT*{Fz8  
2&U<Wiu\}  
v:@ud,d<  
nB86oQ/S  
6. 说明：闪耀光栅 Hxd^oE  
.(zZTyZr  
Gh9dv|m=[;  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 zGE{Z A  
 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 k3t2{=&'&x  
|)u|@\{  
lpeo^Y}N  
`z3"zso  
@7<m.?A!  
eFCXjM  
7. Czerny-Turner 测量原理 =;HmU.Uek%  
7S9Q{
 
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。 u+uu?.bM  
YiPp#0T[Gx  
p=J9N-EM  
)ur&Mnmm  
dCM*4B<  
8. 光栅衍射效率 6u v'{  
y2Z1B2E%f  
]j?Kn$nv*S  
 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。 #n}n %  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 )d-
{#  
 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) SvGs?nUU
  
uu582%tiG  
prg8Iq'w  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd a'ODm6#  
6 _\j_$  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ~j2=hkS  
n;Etn!4M  
)hai?v~g  
XD\Z$\UJE
 
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 v;@-bED(Qs  
iP~dH/B|v  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 wY j~(P"  
3 ,?==?  
i<Be)Y-'  
/1q] D8  
 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)。 }ZWeb
#\  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ;i><03  
Ey"<hAF  
应用示例详细内容 ba  
VCvqiHn  
仿真&结果 yw;!KU
Kb|  
F-n1J?4b  
1. 结果：利用光线追迹分析 I"=XM   
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 oos35xV.  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 h&6x.ps@  
"V`MNZ  
Ma3H
n  
$0zH2W  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd XDJQO /qN  
cNG6 A4  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 PF(P"f.?D  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 %R{clbbbn  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， t%AW0#TZ  
/vB%gqJvX  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 Do|`wpR  
? I}T[j  
?Y~>H2  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ^ffh  
LHWh-h(s  
3. 衍射效率的评估 |JL47FR  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 S-h1p`  
C6eon4Ut  
mYk5f_}  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 3;`93TO{  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd `#X{
.  
hGF(E*  
4. 结果：衍射级次的重叠 kc8T@5+I0  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 XI,F^K  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 &w3LMOT  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 P"u*bqk  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) JCZJ\f*EZ  
 光栅方程： p$@=N6)I.k  
6#5@d^a  
?xX`_l  
}~-)31e'`  
^\mN<z(  
5. 结果：光谱分辨率 k 9Kv  
6SsZK)X  
SJ7>*Sa(u$  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run n@g[VR
2t  
a(8]y.`Tv  
6. 结果：分辨钠的双波段 Af0E_  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 Q;5'I3w  
   Y@u{73H  
2#1FI0,Pa*  
Hv0sl+  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 ^m8\fCA*  
'7'cKp  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Ze Shn  
S,S_BB<Y[b  
7. 总结 n]coqJ  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 kZGhE2np  
1. 仿真 }+#ag:M  
以光线追迹对单色仪核校。 kC9A  
2. 研究 a$t [}D2  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 B?Y%y@.  
3. 应用 AD?^.
<  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 <k^9l6@  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 ieS
5*@^k  
扩展阅读 J(/ eR,ak  
1. 扩展阅读 B{1+0k  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ;{Z2i%  
Qn%*kU0X  
 开始视频 #^#)OQq]  
- 光路图介绍 !b _<_Y{l  
- 参数运行介绍 KS(T%mk\  
- 参数优化介绍 3+ i(fg_  
 其他测量系统示例： u{p\8v%7  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) <6L$:vT_  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) "l +Jx|h\  
6u:5]e8  
_9 Gy`  
QQ：2987619807 ~Nc]`95  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习