[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) E2zL-ft.  
) 8xbc&
M  
应用示例简述 .U{}N%S  
[vr"FLM|9  
1.系统说明 fHaF9o+/b  
YIN* '!N  
 光源 |;J`~H"K  
— 平面波(单色)用作参考光源 nk!uO^  
— 钠灯(具有钠的双重特性) L 0Ckw},,  
 组件 R&!;(k0  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 M&iXdw&  
 探测器 v}!lx)#  
— 功率 =sWK;`  
— 视觉评估 T$kuv`?  
 建模/设计 TFHYB9vV  
— 光线追迹：初始系统概览 U%Fa.bL~  
— 几何场追迹+(GFT+)： 2z;nPup,  
 窄带单色仪系统的仿真 D&fOZVuqZ  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 OIFjc0  
xjp0w7L)J  
2.系统说明 "C}<umJ'
 
2H;#L`Z*  
_E9[4%f  
VK/L}^=GOO  
3.系统参数 "y8W5R5kL4  
,tXI*R  
Wt%Wpb8
  
0s8fF"$  
N(i.E5&9  
4.建模/设计结果 ce$[H}rDB  
q>+!Ete1p  
y:E$n!  
gR/?MJ(v  
总结 yFm88  
k/F#-},Q.  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 9<&*iIrM  
1. 仿真 .8'c c8  
以光线追迹对单色仪核校。 x'-gvbj!  
2. 研究 MHp:".1  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 e6*,MnqBh  
3. 应用 (<.\v@7HC  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 `)$G}7cRUH  
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。 D<70rBf2  
C\{ KB@C\*  
应用示例详细内容 H{*rV>%  
系统参数 jcC"vr'u|  
%V
1jM  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 Kf?:dF  
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。 C`ZU.|R  
bR}fj
.gP  
07=I&Pum  
CY=lN5!J  
2. 系统参数 M:.+^.h  
 rPr]f;  
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。 Pc?"H!Hkn  
'JgCl'k,  
'PrBa[%  
y<HNAGj  
3. 说明：平面波(参考) b*tb$F  
R:l&2  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 UFZOu%Y  
AcJrJS)~  
yFd.tQs  
@8w[Zo~  
4. 说明：双线钠灯光源 8mOGEx  
k&L/JzzI  
G]$EIf'  
 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。 1.N2!:&G|  
 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)。 n5oX51J  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 [CI0N I6F  
+2tFX  
|bQF.n_  
&E6V'*<93  
5. 说明：抛物反射镜 Oc,HnyV+  
.*n*eeD
,  
Xe:rPxZf~  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 b)
#rUI|O  
 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。 >\~Er@  
a;Pn.@NVq  
E`xpZ>$mPx  
T12Zak4.=  
SXe1Q8;  
i`<L#6RBT  
6. 说明：闪耀光栅 L%3Bp/`S  
Y^DGnx("m  
!?).4yr  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 eB_r.R{  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 v>nBdpjXh  
E ?bqEW(  
.x] pJ9  
-{C Gn5]_#  
4i&Rd1#0dI  
3P>1-=  
7. Czerny-Turner 测量原理 T.')XKP)1N  
ai?N!RX%H  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 oa=TlBk<  
Z5F#r>>`  
\ q
q  
EbX!;z  
qQ3pe:n?  
8. 光栅衍射效率 Qv'x+GVW]  
8D@
Jd  
JC9$"0d7  
 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。 u>vvW|OB[  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 `:EhYj.  
 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) oclU)f.,  
0y/31hp  
mN.[bz  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Y-st2r[,  
5}w  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 3` oOoKX  
L AA(2  
JKrS;J^97v  
z$d<ep{6  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 k?L2LIB<  
Nmt~1
.J  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 D:IG;Rsc  
$%'3w~h`  
Wb cm1I)  
nN-S5?X#  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 d+5~^\lV  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 /NiD#s0t  
RP+)sCh  
应用示例详细内容 H[OgnnM  
F&7|`o3  
仿真&结果 u^JsKG+,:  
:
/Es%z D  
1. 结果：利用光线追迹分析 HOCj* O4  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 (dQ=i  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 ITn PF{N  
`F&~SU,  
^Mc9MZ)  
R?9x!@BV  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd z5~W >r  
Suo$
wZ7J  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 nP*%N|0  
 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)。
R1w5,Zt  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， jf)l; \u  
SA=>9L,2  
 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。 8 Zp^/43  
~Fwbi  
<LXx_{=:  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms :lvBcFw  
^eO/?D8~h  
3. 衍射效率的评估 ) < U9  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 f^u-Myk  
GQCdB>  
g|$;jQ\_  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 ey4.Hj#T  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd Qe ip h  
t:vBVDkD  
4. 结果：衍射级次的重叠 Ov?J"B'F  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 dY~z6bT  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 pPo xx"y  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 -]D
/8,|s  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) \#B<'J9.`  
 光栅方程： iT,7jd?6#  
blIMrP%  
|m ?ZE:  
PcU~1m1  
-rm[.  
5. 结果：光谱分辨率 T:m" eD;  
kC 6*An_f  
~eoM 2XlW  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run h !R=t  
 fCJjFL:  
6. 结果：分辨钠的双波段 m}=E$zPbO  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 51#OlvD  
   3+h
3?  
$$&.}}.,  
fC*cqc~{@  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 <"P-7/j3j  
PS[ C!s&KE  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run (4A'$O2  
X<[ qX*  
7. 总结 zB`woI28  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 uXh:/KO  
1. 仿真 pxd=a!
(  
以光线追迹对单色仪核校。 Xw!\,"{s  
2. 研究 xHJkzI  
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。 DyGls8<\!  
3. 应用  G7al@  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 }F_c0zM  
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。 ~qGW94  
扩展阅读 bD:0k.`  
1. 扩展阅读 Q zaD\^OF  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Kmx^\vDs  
'=fk;AiQ  
 开始视频 Op?"G  
- 光路图介绍 Xzf,S;XV~  
- 参数运行介绍 .)!QsBU  
- 参数优化介绍 u%)gnj_  
 其他测量系统示例： p.=9[`  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) RE%f'y  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) k<^M >` $  
R54
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QQ：2987619807 9 =;mY  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习