[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) O]@s`w  
nEbZ8M  
应用示例简述 %CUwD  
f6PYB&<1  
1.系统说明 V`1x!
[\  
w>'3}o(nY  
 光源 +HgyM0LFg  
— 平面波(单色)用作参考光源 ;3%Y@FS@  
— 钠灯(具有钠的双重特性) vTL/% SJ8  
 组件 p=|S%  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 sI{?4k  
 探测器 sN) xNz  
— 功率 $)KNpdXh  
— 视觉评估 V0%a/Hi v  
 建模/设计 '+c@U~d*7  
— 光线追迹：初始系统概览 /Kd'!lMuz  
— 几何场追迹+(GFT+)： 46B'Ec  
 窄带单色仪系统的仿真 gtqtFrleG  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 *&V"x=ba,  
KUUZN  
2.系统说明 0r?]b*IEK  
ZoCk]hk  
%MCS_'N J  
t[AA=  
3.系统参数 q%,y66pFr  
;hh.w??  
Ag&K@%|*  
~4xn^.w  
CBz=-Xr  
4.建模/设计结果 6]4=8! J  
0n={Mb  
{s6hi#R>  
<)"i'v $  
总结 `(6cRT`Wp  
P0k.\8qz  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 .B'ws/%5\  
1. 仿真 }1Q>A 5e  
以光线追迹对单色仪核校。 ofsLx6Po  
2. 研究 sLSH`Xy?5  
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(M.7Z7^  
3. 应用 IYr}%:P)  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 :'[ha$  
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。 $+,kibk*R  
i@ 86Ez  
应用示例详细内容 n]>L"D,  
系统参数 ( efxw  
k,ezB+  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 LCe6](Z  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 LKZv#b[h  
v+( P4fS  
8v=t-GJW  
JIf.d($ ~:  
2. 系统参数 phwBil-vUU  
AtqsrYj  
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。 >LB*5  
dqi31e{*2\  
1KjzKFnb  
G-#rWZ&  
3. 说明：平面波(参考) GC(QV}9z"  
u)%/df qzZ  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 Lzx/9PPYn  
{s=c!08=  
,pUB[w\  
98vn"=3  
4. 说明：双线钠灯光源 (?i4P5s[!  
WtXf~ :R  
aPX'CG4m  
 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。 &G?w*w_n  
 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)。 *q@3yB}  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 OU*skc>  
U}l=1B  
oq,*@5xV2  
is^5TL%@  
5. 说明：抛物反射镜 k4` %.;  
U? ;Q\=>  
Fu[GQ6{f  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 MVEh<_  
 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。 ViUx^e\
  
l-SVI9|<0  
n;>
r  

={jj'X9  
(@=h(u.  
UgOhx-8  
6. 说明：闪耀光栅 G{zxP%[E  
G)gb5VW k  
]}.|b6\  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 Gq7\b({=  
 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=15 uCK  
g+xcKfN{  
5JG`FRW!  
3.rl^Cq1  
.s|5AC[  
/sqfw,h@  
7. Czerny-Turner 测量原理 K1o&(;l8G  
xFA`sAucr  
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。 fe}RmnAC  
kc2 8Q2  
^__P;Gr`  
-.-@|*5  
L\"eE'A  
8. 光栅衍射效率 ;)ERxMun  
FR\r/+n:t0  
i;:}{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。 /)4Q%Zp  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 B|=S-5pv*  
 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) _6L'}X$)N  
^GiWU +`  
SzG?m]  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 9MbF:  
x$pz(Q&v  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 <d{>[R)  
U?Vik  
r'@7aT&_  
SXV2Y-  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 C\ 34R  
)[=C@U  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 eUD 5V  
cq/@ng*o  
vJ;0%;eu[!  
J@rBrKC  
 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)。 Xod/GYG  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 TnuA uui*  
V0_^==Vs  
应用示例详细内容
Ol;"}3*Z*  
4UN|`'c  
仿真&结果 r_o\72  
B.);Ju  
1. 结果：利用光线追迹分析 ifmX<'(9A  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 {H 3wL  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 +5%ncSJx  
?` 2z8uD/  
0bu!(Tpg7  
>=3oe.$)  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ixqvX4vv,B  
,5x9o"N!  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 9q2x}  
 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)。 raM{!T:  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， mw83pU6  
[9yy<Z5  
 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。 ~e5E%bXxC  
yx7y3TSq  
b>'c   
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms w4RtIDW:  
&b]_#c  
3. 衍射效率的评估 hS^8/]E={  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 
r4]hcoU  
k?Njge6@  
|#B)`r8  
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。 V7k!;0u v  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd (7X^z&2  
p<B*)1Tj0  
4. 结果：衍射级次的重叠 I"D}amuv  
 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\tA1&k71  
 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)。 Uu|R]azbO  
 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。 /^`do3a}  
 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) /@",5U#  
 光栅方程： uao#=]?)  
WKq{g+a  
v\5`n@}4  
Kw`}hSE>o  
mqiCn]8G  
5. 结果：光谱分辨率 E.CG  
yz%o?%@  
hh-sm8  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run hE +M|#o  
Q776cj^L  
6. 结果：分辨钠的双波段 g,f AVM  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 35fj-J$8  
   UvL=^*tm  
(^~~&/U_U$  
!@FzP@  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 t]ID  
.nei9Y*  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run IG!(q%Gf  
< WQ ~X<1D  
7. 总结 2WB`+oWox  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 J #;|P-pt  
1. 仿真 N \woFrG  
以光线追迹对单色仪核校。 Crezo?  
2. 研究 26=G%F6  
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。 gdg "g6b  
3. 应用 M|UCV_omN  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 +]e) :J  
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。 UDlM?r:f  
扩展阅读 [u^~ND'  
1. 扩展阅读 Pt/F$A{Cj  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 QGnUPiD
^  
H^jcWwy:  
 开始视频 +[[^W;<.l  
- 光路图介绍 4!-/m7%eF  
- 参数运行介绍 aoGns46Y  
- 参数优化介绍 k:z)Sw  
 其他测量系统示例： }RUK?:lEA  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) r(g#3i4Q  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 9x#Tj/5%  
yB4eUa!1  
e[db?f2!  
QQ：2987619807 K#R|GEwr  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习