[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) FAkjFgUJp  
ViIt'WX  
应用示例简述 OOA%NKV  
j6]+fo&3  
1.系统说明 BQu_)@  
/Uth#s:  
 光源 l=,\ h&  
— 平面波(单色)用作参考光源 >>oR@  
— 钠灯(具有钠的双重特性) J6r"_>)z  
 组件 [%7y !XD  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 veIR)i@dx  
 探测器 1
BO$xq  
— 功率 l?2(c  
— 视觉评估 Dvbrpn!sk  
 建模/设计 m7}PJ^*b  
— 光线追迹：初始系统概览 KE!aa&g  
— 几何场追迹+(GFT+)： ?a?i8rnWo  
 窄带单色仪系统的仿真 $N4%I4  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 -e0C Bp  
Y7
(E<1Yx  
2.系统说明 *y<Ru:D  
ilJeI@  
Whp;wAz  
|W4 \  
3.系统参数 G8b/eWtP  
[!1z; /  
5{/CqUIl  
6$c,#%Jt*  
tl9=u-D13@  
4.建模/设计结果 M0VC-\W7f  
Jf6uE?.  
A(s/
Nz>  
k2+Z7#2n  
总结 +M.|D,wg2  
3t_5Xacj  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 a9qZI  
1. 仿真 #F{|G:\@[  
以光线追迹对单色仪核校。 s[s^z<4G  
2. 研究 Hd2_Cg FB  
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。 7olA@;$  
3. 应用 ovfw_  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 rpXw 8  
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。 K 6Gn  
UNAuF8>K  
应用示例详细内容 d*AV(g#B  
系统参数 PCIC*!{  
.-34g5  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 <_Lo3WGwc  
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。 9,>M/_8>  
Wex4>J<`/
 
Anm5Cvt;i  
3
4l=U?  
2. 系统参数 dJ;;l7":~  
n&Tv]-  
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。 4C[gW  
W ][IHy<   
M1>a,va8Zq  
EPg?jKZava  
3. 说明：平面波(参考) =1JRu[&]8  
6x7=0}'  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 h7w<.zwu t  
TDseWdA  
g ` {0I[  
\ lKQ'_  
4. 说明：双线钠灯光源 GkO6r'MVE  
=0-qBodbl  
*w6N&  
 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。 Xg)yz~Ug  
 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)。 g[n8N
{s  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 IpP0|:}  
[/kO>  
x?F{=\z
/o  
%2+]3h>g  
5. 说明：抛物反射镜 GhT7:_r~  
\X`P W  
.`p_vS9  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 yUG5'<lX  
 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。 t5qAH++axN  
0T5>i 0/  
q8lK6
p\:W  
z~_\onC  
r]S9z  
GwycSb1  
6. 说明：闪耀光栅 -$q/7,os  
uj@<_|7  
{MtB!x  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 aVb]H0  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 E6gEP0b  
V Y3{1Dlf  
KWUz]>Z  
q ha1b$  
2I<T<hFW]  
>KPJ74R  
7. Czerny-Turner 测量原理 i=D,T[|>a  
Z^l!y5s/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。 5HN<*u%z  
lN'/Z&62  
jJvNN -^  
|gz,Ip{  
bij?q\  
8. 光栅衍射效率 Kd)m"9Cc  
QFPx4F7(e  
B`aAvD`7  
 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。 NjxW A&[ng  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 SS~Q;
9o  
 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) sdWl5 "  
jhG7sS|  
qrc/Q;$  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd B>ZPn6?y  
->8q, W2A  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 DO1{r/Ib.{  
;Y^RF?un  
'qJ-eQ7e  
I={{VQ  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 ;%<4U^2  
Jf$
wBPg  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 DcA'{21  
g-FZel   
N -]PK%*  
]Qr8wa>Z  
 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)。 EC'bgFe  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ai4^NJn  
\<B6>  
应用示例详细内容 z-5#bOABW  
SWb5K0YRn  
仿真&结果 )yW_O:  
]F;]<_  
1. 结果：利用光线追迹分析 `uA&w}(G  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 Z!reX6  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 >` QX xTn  
!d.>r 7w  
#ya|{K  
x 5Dt5Yp"o  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 5R`6zhf  
\STvBI?  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 p0y?GNQ  
 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)。 K)&XQ`&  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， W;dzLgc  
[E (M(w':  
 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。 X#,[2&17Fh  
lMez!qx,=  
y=xe<#L  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms &6=ZT:.6Te  
YwWTv  
3. 衍射效率的评估 K)UOx#xe1  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 %@93^q[\2  
j :Jdwf  
P=[x!}.I  
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。 jjT2k  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd dG>Wu o  
C$G88hesn  
4. 结果：衍射级次的重叠 [e@OHQM  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 `OReSg 2  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 6XL9 qb~X  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 _8pkejg  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) TL{pc=eBo  
 光栅方程： lkWeQ)V  
7TPLVa=hO  
yn":!4U1  
"rDzrz  
[I<'E LX  
5. 结果：光谱分辨率 T.PZ}4  
8tRhV2  
ajW$d!  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run FJ,\?ooGf  
?Wz(f{Hm  
6. 结果：分辨钠的双波段 7K]U|K#  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 `pAp[]SfQd  
   2]RH)W86;  
oy2dA  
9 roth  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 4f[M$xU&h  
OjlB0  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 0R5^p  
-5,y 1_M  
7. 总结 >`?+FDOJ,  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 b, **$  
1. 仿真 p C2c(4  
以光线追迹对单色仪核校。 ;7^j-6  
2. 研究 `Y({#U  
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。 3g#=sd!0O@  
3. 应用 9EA !j}  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 M|E2&ht  
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。 F;&fx(  
扩展阅读 {9|$%4kRl  
1. 扩展阅读 qTa]th;  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ;0Ct\[eh  
9s6>9hMb)  
 开始视频 GE8D3V;*V  
- 光路图介绍 O$umu_  
- 参数运行介绍 # /,2MQ  
- 参数优化介绍 "tz0ko,(  
 其他测量系统示例： a.`JS  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ZJI1NCBZ  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) qqt.nrQ^  
>&Ui*  
MHr0CYyb.  
QQ：2987619807 k E#_Pc  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习