[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) 2[WH8l+
 
b$/TfpNdo  
应用示例简述 /S29\^  
U\N|hw#f!!  
1.系统说明 <DG=qP6O  
xO8-vmf2  
 光源 q,k/@@Qd9  
— 平面波(单色)用作参考光源 Wj2s+L7,  
— 钠灯(具有钠的双重特性) \x JGR!  
 组件 Ap}^6_YXd  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 ka_]s:>+  
 探测器 )6?(K"T  
— 功率 O 0Fw!IQk  
— 视觉评估 RS&l68[6  
 建模/设计 T7f>u}
T  
— 光线追迹：初始系统概览 FI@!7@  
— 几何场追迹+(GFT+)： w6C0]vh  
 窄带单色仪系统的仿真 }Dk*Hs^E  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 1+;Z0$edxz  
KiXXlaOs  
2.系统说明 8l(_{Y5(-  
U 00}jH  
g~FA:R  
m`(5B  
3.系统参数 E. @n Rj#  
r5
ONAa3.  
Y.M^tH:  
kh3PEq  
#h'F6  
4.建模/设计结果 YGVj$\  
OhT?W
[4  
_8$arjx=  
LfD70r\  
总结 Gv,_;?7lD  

9F8"(  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 gC-3ghmgS  
1. 仿真 `Q d_Gu,M  
以光线追迹对单色仪核校。 Gi})*U]P|  
2. 研究 mSSDV0Pfn  
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。 <dxc"A  
3. 应用 #biI=S  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 c]]OV7;)>  
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。 T_}
9b   
"F/%{0d  
应用示例详细内容 Gni<@;}  
系统参数 I f9t^T#  
+an.z3?w  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 5c?1JH62o8  
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。 T%kr&XsQX  
ZTV|rzE   
octBt`\Of  
^J
,Zl`N  
2. 系统参数 gzS6{570
 
XW]'by  
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。 \XaKq8uE  
Y<lJj"G  
+{ Q]$b  
~>:uMXyV2t  
3. 说明：平面波(参考) 1m$:Rn^  
m22FOjk\  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 'l,ym~R  
msKWb311u  
nCF1i2*6|"  
jqULg iC  
4. 说明：双线钠灯光源 APydZ  
R"NR-iU  
&s.S)'l4l  
 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。 .!yXto:  
 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)。 ]"Y? ZS;H  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 *3;H6   
6CoDn(+z  
SJ(<u2J]  
:\I88 -N@'  
5. 说明：抛物反射镜 Ae,P&(  
p*F.WxB)4  
 xY]Y  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 .EJo9s'  
 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。 ~I'1\1  
I_|@Fn[>  
\.m"u14[b  
bb@@QzR  
x<_uwL2a  
l] -mdq/C  
6. 说明：闪耀光栅 ~4e4Gyx c  
mUFg(;ya  
MM_c{gFF  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 'Em5AA`>  
 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 QahM)Gb  
rVo0H.+N)`  
?)x"+[2  
:Fe}.* t  
#9Src\V  
WX@a2c.'  
7. Czerny-Turner 测量原理 S6~&g|T,  
h+,Eu7\88  
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。 -+9,RtHR7  
>93I|C|  
jIpc^iu`,  
Yz6+ x]  
g9N_s,3jC  
8. 光栅衍射效率 b/>L}/^PM  
fa~4+jx>S  
'3h"Ol{b  
 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。 IEbk_-h[  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 puE!7:X7  
 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) pAZD>15l"  
M`1pze_A  
Ft} h&aYP  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd VV'K$v3'N8  
JerueF;J  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 3m2hB%SNb  
6S`J7[  
y+R*<5qC<  
[^rMM1^,OB  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Ze
?(N~  
m]XG7:}V0  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 <G+IbUG:  
^)\z  
Zt3Y<3o  
c-?2>%;(V  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 B<et&r;  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 \xtY\q,[  
-UTTJnu^  
应用示例详细内容 }{3
XbvC  
Qv v~nGq$  
仿真&结果 SuorCp
]  
at(oepq  
1. 结果：利用光线追迹分析 'f'zV@)  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 /*$B  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 JZc"4qf@OT  
p bR
U"   
qFV }Y0w  
xzI?'?duC  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd ,)u7PMs  
G; onJ>  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 VZo,AP~  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 uaiCyh1:  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， j B.ZF7q  
o?T01t=  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 ,p3moD 3  
e7# B?  
ZvSWIQ6  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Pr>Pxsr&  
8M5a&35J"  
3. 衍射效率的评估 q8Z,XfF^S  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 czp
.q  
*'BA# /
@  
Hea76P5$P+  
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。 h3udS{9'8  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd @0v%5@  
Y<h [5  
4. 结果：衍射级次的重叠 c;M&;'#x  
 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。 GM{J3O=  
 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)。 S|_}
0  
 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。 4I
q-4IG(  
 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) O)Wc\-  
 光栅方程： a,EApUWw  
Bkq3-rX\  
"i5Rh^  
cD!yd^QE  
2u=Nb0  
5. 结果：光谱分辨率 O]/BNacS  
jf|5}5kSlf  
X6Y<pw`y  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run u`j9m@`  
r6x
"D3  
6. 结果：分辨钠的双波段 hU]Gv)B  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 %XUV[L}  
   v[}g+3a  
i^O(JC  
(mvzGXNz4  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 l+V#`S*q  
F~C9,`#Wf@  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Mu~DB:Y9e  
>axf_k  
7. 总结 bq}hj Cy  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 _$f XK  
1. 仿真 hj<h]dhp  
以光线追迹对单色仪核校。 i#RT4}l"a  
2. 研究 z4UJo!{S  
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。 Kx@Papn|6  
3. 应用 HAHLF
+k  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 E7c!KJ2  
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。 GK>.R<[
 
扩展阅读 J8>8@m6  
1. 扩展阅读 2rG;j52))a  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ~\C.Nm  
AlH\IP  
 开始视频 chQCl3&e^  
- 光路图介绍 I8%2tLVY  
- 参数运行介绍 [!Jd.zm  
- 参数优化介绍 8rXQK|A  
 其他测量系统示例： mh8{`W&  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) P_:~!+W,  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) O:hCUr  
$vQ#ah/k  
{)c2#h  
QQ：2987619807 b-Q%cxJ  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习