[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) biU ?>R  
3~LNz8Z*  
应用示例简述 Gsz$H_  
VmZDU(M  
1.系统说明 )"63g  
Q,};O$h  
 光源 !
[eipOX  
— 平面波(单色)用作参考光源 w,X J8+B  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ?q y*`  
 组件 Gc;-zq  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 (v$ i  
 探测器 {yMkd4v  
— 功率 Ix0#eoj  
— 视觉评估 M"$g*j  
 建模/设计 Zj0h0Vt  
— 光线追迹：初始系统概览 \@zoM:[sN  
— 几何场追迹+(GFT+)： c]|Tg9AW  
 窄带单色仪系统的仿真 8[a N5M]  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 >}d6)s|   
i;:}{G<  
2.系统说明 xX8c>p  
V3/OKI\o  
.73sY5hdTN  
ler$HA%F]  
3.系统参数 AR g]GV/L  
u=0161g  
`*i:z'  
!.O;S
G  
}$a*XY1  
4.建模/设计结果 <<9|*Tz  
JZqJ& 
 
T ^/\Rr  
Wq<HsJd/  
总结 +hs:W'`%  
Ia:M+20n  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 VY@`)  
1. 仿真 *]DO3Zw'  
以光线追迹对单色仪核校。 ~SXqhX-`  
2. 研究 vpdT2/F  
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。 Tq8U5#NF  
3. 应用 !VHw*fL|r  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 d-I=xpB  
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。 MI`<U:-lP  
$4]4G=o  
应用示例详细内容 _OK!/T*FBt  
系统参数  7uzc1}r  
tNAmA  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 SN$3cg]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。 #6#%y~N
 
$6d5W=u$H  
BNixp[Hc  
qI[AsM+  
2. 系统参数 ( ;KTV*1  
LVy (O9g  
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。 2TQ<XHA\  
0Q]{r )  
Krr51`hZH  
 o%$R`;  
3. 说明：平面波(参考) hKems3  
A|m0.'/  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 /5?tXH"  
u\f QaQV  
$7p0<<Nck  
HUel  
4. 说明：双线钠灯光源 j<h0`v  
v5W-f0Jo  
m4R:KjN*  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 Jn20^YG  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 pO2XQYhrY  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 g? C<@  
[] R8VC>Ah  
BD mF+  
NHhKEx0Gtu  
5. 说明：抛物反射镜 `L3{y/U'  
Z|d+1i  
Qn@[{%),4  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 L; <Pod  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 eqyUI|e  
&#'
.I0n  
n9k-OGJ  
\CYKj_c  
U<"k-  
D#d/?\2  
6. 说明：闪耀光栅 2UTmQOm  
1\/^X>@W{  
_F2ofB'  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ,/dW*B  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 N \woFrG  
Crezo?  
26=G%F6  
gdg "g6b  
c']m5q39'  
+]e) :J  
7. Czerny-Turner 测量原理 UDlM?r:f  
[u^~ND'  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 Pt/F$A{Cj  
QGnUPiD
^  
H^jcWwy:  
+[[^W;<.l  

wjHH%y  
8. 光栅衍射效率 d}@n,3  
Gf-GDy\{  
"XU)(<p  
 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。 cEGR?4z  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 K!v\r
"N  
 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) ?:+p#&I  
x}uDW   
Y"TrF(C  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 6U1_Wk?  
 H@sM$8  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 :b,An'H  
8>|<m'e^\r  
(bD#PQXzm  
_CizU0S  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 p &i+i  
UTO$L|K  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 jPs{Mr<  
u&e?3qKX(  
|W5lhx0U  

x.'Ys1M  
 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)。 i4)]lWnd  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 $]4o!Z  
<=%G%V_s  
应用示例详细内容 O:#/To'  
[f]:hJi  
仿真&结果 -2Dgr\M  
*56q4\1  
1. 结果：利用光线追迹分析 /mK]O7O7  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 "||' -(0  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 >j&k:  
eyos6Qi  
1+xi1w}3a  
,E2c9V'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd n]3Z~HoZ  
D 75;Y;E  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 VYQ]?XF3i  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 .+~9 vH  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， SfPtG  
wif1|!aL  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 CUj$ <ay=  
GYV%RD#  
)00jRuF  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Lv *USN  
[2r
i=lf,  
3. 衍射效率的评估 ?&POVf>  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 f+2mX"Z[F  
>P-'C^:V=  
uC2qP)m,^  
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。 9+~1
# |  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd wIF)(t-):  
b2~5LZ  
4. 结果：衍射级次的重叠 srH.$Y;~  
 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。 {T3wOi
  
 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)。 afjEN y1  
 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。 7Kti&T  
 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) LftzW{>gI"  
 光栅方程： }{.V^;  
2]H?q!l!O  
H`7T;`Yb  
J$&2GAi  
^%qQ)>I=j  
5. 结果：光谱分辨率 3Q_)Xs r`  
/.(F\2+A  
*7),v+ET  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run +>:[irf  
>skl-f  
6. 结果：分辨钠的双波段 +l<;?yk:;  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ^vTp.7o~5  
   DOq"=R+  
unyU|B  
vH6.;j'^  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 t]xR`Rr;X  
D+7[2$:z  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run hjp,v)#  
8>DX :`  
7. 总结 'fY29Xr^  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 y>ePCDR3  
1. 仿真 Nk?/vMaw  
以光线追迹对单色仪核校。 Tlk!6A:  
2. 研究 J$,bsMIX  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 8>(/:u_x  
3. 应用 &Vg)/t;  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ^C;ULUn3  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 H~W
=#Cx  
扩展阅读 vP,$S^7$  
1. 扩展阅读 EHrr}&  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 l)Mi?B~N  
O66b^*=N}x  
 开始视频 ,6x>gcR  
- 光路图介绍 Y\E7nll:.  
- 参数运行介绍 z!)@`?  
- 参数优化介绍 Xkf|^-n  
 其他测量系统示例： i_p-|I:hQ  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) %4Yq (e  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ^NO4T  
Oki{)Ssy  
Uq.hCb`:  
QQ：2987619807 VhU,("&pm  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习