[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) QyL]-zNg  
~l:Cj*6x8  
应用示例简述 kM4z %  
'Up75eT  
1.系统说明 r3?8nQ$  
XdDQ$'*X  
 光源 Zs/-/C|  
— 平面波(单色)用作参考光源 0 N7I:vJ  
— 钠灯(具有钠的双重特性) (BtU\f#d  
 组件 [sG`D-\P[  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 Hk+44  
 探测器 V0m1>{  
— 功率 DZL(G [  
— 视觉评估 lwt,w<E$  
 建模/设计 JdI*@b2k[  
— 光线追迹：初始系统概览 _YR#J%xa  
— 几何场追迹+(GFT+)： )G/
=3;!  
 窄带单色仪系统的仿真 2X' H^t]7  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 XsJ`x  
4w%hvJ  
2.系统说明 \mu'
;[gLd  
(9( xJ)  
XOqHzft h6  
j,].88H  
3.系统参数 +7OE,RoQ  
$I-iq @  
hb~d4J=S  
<5KoK!H  
chD7^&5]  
4.建模/设计结果 a9lYX*:  
XdIno}pN  
0e"KdsA:<U  
;(,GS@
sP  
总结 sCy.i/y  
d
k]  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 pHVDug3  
1. 仿真 ;;UsHhbhI  
以光线追迹对单色仪核校。 JYjc^m  
2. 研究 !^L}LtqHI  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 QP<P,Bi~  
3. 应用 |U1u:=[  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 k(>J?\iNW  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 q{*[uJ}Xc"  
EX<1hAw  
应用示例详细内容 .6n|hYe  
系统参数 /:A239=+?  
*URY8a`bO  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 HSG9|}$  
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。 n$j B"1  
ArX*3
 
ZPM7R3%V)z  
Y uZ
  
2. 系统参数 coaJDg+  
-$s1k~o  
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。 zXGI{P0O  
&C,]c#-+  
_mdJIa0D6k  
)`5-rm~*  
3. 说明：平面波(参考) BI#(L={5  
S#+ _HFUK{  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 !5m~qet.  
N]c:8dOj  
IP !zg|c,  
+W>tdxOh  
4. 说明：双线钠灯光源 (o6u^#6  
qy\SOAh  
Rx%kAt2X  
 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。 N9)ERW2`*  
 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)。 QIN# \  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 jAt65a  
K1<l/ s  
z9#jXC#OdN  
[MC}zd'/  
5. 说明：抛物反射镜 |@-y+vbA*  
NVC$8imip  
I$i1o#H  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 i3Nt?FSN  
 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。 H<b4B$/  
1nLFtiki  
Xw^:<Nx:  
g]}]/\  
MT&q~jx*  
)^^}!U#|e  
6. 说明：闪耀光栅 [qt^gy)  
N)z] F9Kg  
}>j1j^c1='  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 zgpPu4t  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 HoM8V"8B  
8J9o$Se  
R91u6r#  
uoBPi[nK  
i%B$p0U<  
e''Wm.>g(+  
7. Czerny-Turner 测量原理 naB[0I& N  
X_|} b[b  
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。 WUi7~Ei}  
]gj@r[  
r?2C%GI`  
f.r-,%^6{  
0P53dF  
8. 光栅衍射效率 qm}7w3I^  
q`;URkjk  
Z=sAR(n}~  
 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。
1Kebl  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 <~8W>Y\m  
 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) ')FNudsC  
L,X6L @Q  
-XY]WWlq  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ,9M \`6  
pK1(AV'L  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 ?,),%JQ  
p-/x Md
 
86} rz  
\S2'3SDd/  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 T +4!g|Y  
s^v,i CH{  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 j+ys&pDczm  
MDCf(LhEH  
(}qLxZ/U  
1Q;`<=  
 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)。 & ='uAw  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 6ensNr~ea  
|$0/:*  
应用示例详细内容 I5"=b}V5  
kI;^V  
仿真&结果 g%[Ruugu  
<(t<gS#  
1. 结果：利用光线追迹分析 6qA{l_V  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 t[ MRyi)LF  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 aY+>85?g  
=UP)b9*h  
|O+binq  
&boBu^,94  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd UX9o  
6%xl}z]o  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Z,&ywMm/G  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 bcE DjLXq  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， wIiT
:o  
g?+P&FL#I  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 Stw6%T-  
8ksDXf`.  
Ywr{/  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 1wM p3  
8+W^t I  
3. 衍射效率的评估 /][U$Q;Ke  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 S9BJjo  
u@3w$"Pv1  
>y@w-,1he  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 #,;k>2j0  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd i xyjl[G  
;Os3 !  
4. 结果：衍射级次的重叠 BW;u?1Xa  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 J{ Vl2P?@  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 }A;Xd/,'r  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 d
A~6{*)  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) oAx0$]+%V)  
 光栅方程： !1_:nD  
G#*;3X$  
;vx9xs?6  
%"6IAt  
G#C)]4[n  
5. 结果：光谱分辨率 StVv"YY  
aU!
UY(  
Xz@>sY>Jc  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run z,EOyi  
kShniN  
6. 结果：分辨钠的双波段 D.e*IP1R  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 `xr%LsNn  
   o5R\7}]GE  
a*8}~p,  
%Z? o]  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 GXl?Zg  
>seB["C  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Z0=OR^HjA  
xd3  
7. 总结 bW]+Og  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 ;z>YwRV  
1. 仿真 [8w2U%}
]  
以光线追迹对单色仪核校。 jo*9QO  
2. 研究 #u$z-M !  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 Ah`dt8t  
3. 应用 ccSSau5N  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 DvCt^O*  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 g]#Wve  
扩展阅读 luT8>9X^:a  
1. 扩展阅读 5,Y2Lzr  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 h(-&.Sm")H  
^d*>P|n*@e  
 开始视频 Dhoj|lc  
- 光路图介绍 l?o- p  
- 参数运行介绍 j
lBCu(.,_  
- 参数优化介绍 bph*X{lFK  
 其他测量系统示例： cw.7YiU  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) !Xi>{nV  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) i`$rzXcS  
I\~V0<"jI
 
[4j;FN Fa  
QQ：2987619807 $ Zr,-  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习