[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) q)j_QbW)  
,` 64t'g  
应用示例简述 o"!C8s_6  
hl]q6ZK!6  
1.系统说明 0H/)wy2ym  
*671MJ9  
 光源 3%[;nhbA7  
— 平面波(单色)用作参考光源 1PB"1.wnd  
— 钠灯(具有钠的双重特性) {MV,>T_  
 组件 mPL0s  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 yiw4<]{IX  
 探测器 2Onp{,'}  
— 功率 D){my_ /  
— 视觉评估 xwF mY'o  
 建模/设计 2O 2HmL  
— 光线追迹：初始系统概览 
nZ'-3  
— 几何场追迹+(GFT+)： 0,/I2!dF?  
 窄带单色仪系统的仿真 $*Kr4vh  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 vh#81}@N7*  
OUk"aAo  
2.系统说明 "2~L  
$niG)@*  
.He}f,!f<  
* '_(.
Z:  
3.系统参数 \$4 [qG=  
mCyn:+  
4`B3Kt`o  
n_4 r'w  
kV+%(Gl8  
4.建模/设计结果 1Q/=s,{u  
a
pOa E7|  
Vw|P;LLl`  
rQxiG[0  
总结 hUC157  
eaC%&k  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 p|C[
T]J\@  
1. 仿真 0NeIQr1N_  
以光线追迹对单色仪核校。 yeI>b 1>Q  
2. 研究 \xlG3nz  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 o"6 2~  
3. 应用 1<tJ3>Xl  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 g/FZ?Wo  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 `a%MD>R_Lg  
uzI=.j  
应用示例详细内容 )q66^%;S  
系统参数 ;I&XG  
6O<UW.  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 .g3=L  
Czerny-Turner干涉仪是一种广泛用于光和样本的光谱研究。主要由两个球面或抛物面反射镜、两个光阑以及一个作为分光元件的光栅组成。 "[eH|z/  
Sx[ eX,q  
E.Q]X]q  
Z}TLk^_[  
2. 系统参数 m"T}em#  
sH.=Faos  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 oOLey!uZw  
Vr|e(e.%  
W6Mq:?+D  
!~&&&85  
3. 说明：平面波(参考) .faf!3d  
i
y8Jl  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 m<49<O6o  
XZ . T%g  
@0'U p  
_1NK9dp:  
4. 说明：双线钠灯光源 xbBqR_H_  
J\Hv
42  
-OSj<m<  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 |{&M#qXe  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 >{N}UNZ$}  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 FpiTQC7d  
d=n@#|3  
}DXG;L  
{vGJ}q?Sd"  
5. 说明：抛物反射镜 s-_D,$ |  
~_-]> SI  
tEL9hZzI  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 qa-FLUkIk!  
 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。 NNF"si\FE  
[lg!*  
*I)J%#  
+i!5<nn  
-?-XO<I  
~\mh\a&  
6. 说明：闪耀光栅 ~W[I  
dYwk
P^KB  
odSPl{.>d  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。
v&|65[<  
 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 QYMfxpiC  
1vxRhS&FY  
~%8P0AP  
P&uSh?[ ^  
ly-(F2  
N^dQX,j  
7. Czerny-Turner 测量原理 !JDr58  
FDQ=$w}'>  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 pY`$k#5  
\ dFE.4  
Td'Mc-/  
VD$5 Djq  
HbegdbTJ  
8. 光栅衍射效率 A<ds+0  
g#=<;X2  
KGYbPty}  
 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。 b2OwLt9  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 $Lr&V~  
 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) F#gA2VCm  
@"@|O>KJ  
 yf
:Vhr  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd "esuLQC  
F(yR\)!C  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 A$=ny6  
pL"{Uqi  
b^VRpv  
orFwy!  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ^e8xg=8(  
]~aj  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 4<i#TCGex3  

r8s>s6vm  
%):_  
{ c#US  
 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)。 rx2)uUbR  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 1zPS#K/3  
+@QrGY  
应用示例详细内容 `eMZhYo  
2iG+Ek-?"  
仿真&结果 J'}+0mln  
[)Nt;|U  
1. 结果：利用光线追迹分析 _y~6b{T  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 A|\A|8=b  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 f~NS{gL*  
x/DV>Nfn  
+]eG=. u  
itYoR-XJ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd qWhW4$7x  
Wx:v~/r  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ;k!.ey$S  
 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)。 Sb[>R(0:  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， .;4N:*hY  
q[\3
,Y  
 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。 LP"g(D2'n  
] 0X|_bU  
~6f/jCluR%  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms _d]{[& p4t  
-TF},V~  
3. 衍射效率的评估 1m~|e.g_'`  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 }|Qh+{H*.  
k+9F;p7  
rRRh-%.RU  
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。 m^QoB  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd U4"^NLAq  
$VmV>NZ  
4. 结果：衍射级次的重叠 VZi1b0k1.  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 ;0dH@
b  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 ';3>rv_  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 tg\Nm7I  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) VeWh9:"bJ  
 光栅方程： Fqeqn[,  
t{] 6GlW  
D,cD]tB2  
".>#Qp%  
mW"e  
5. 结果：光谱分辨率 dHY@V>D'-  
6>WkisxG  
oDZZ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run nGVr\u9z  
~!({Unt+'  
6. 结果：分辨钠的双波段 B
bX$R`f  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 =78y*`L  
   ~T@E
")uR  
JPDxzp  
w: BJ4bi=  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 wo&IVy@s$  
<#:iltO  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run sccLP_#Z  
<sC(a7i1  
7. 总结 JYc:@\   
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Q,.dIPla  
1. 仿真 oc"p5Y3,Os  
以光线追迹对单色仪核校。 q?j7bp]  
2. 研究 - k0a((?  
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。 [\ku,yd%0  
3. 应用 0")_%  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 aUMiRm-  
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。 UT@Qo}:  
扩展阅读
ikZYc ${  
1. 扩展阅读 c\.)vH  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 iK4\N;H  
CZzt=9  
 开始视频 g
lch06  
- 光路图介绍 EZWWvL  
- 参数运行介绍 Z%?>H iy'o  
- 参数优化介绍 NkUY_rKPb  
 其他测量系统示例： eV_",W  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) d*u3]&?x&f  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) n'ZPB  
t]sk[  
[ (Y@  
QQ：2987619807 s {*rBX8N  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习