[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) Qe4O N3X!  
CCDU5l$$  
应用示例简述 tVQq,_9C  
59Lc-JJ  
1.系统说明 Ui?iMtDr  
HpP82X xj  
 光源 DwmK?5p  
— 平面波(单色)用作参考光源 qofD@\-  
— 钠灯(具有钠的双重特性) fofYe0z  
 组件 boS=  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 aAKwC01?  
 探测器 }fO+b5U  
— 功率 ibH!bS{  
— 视觉评估 KE[!{O^(a  
 建模/设计 B/O0 ~y!n  
— 光线追迹：初始系统概览 H^ 'As;R  
— 几何场追迹+(GFT+)： d!{]C
Z"@  
 窄带单色仪系统的仿真 :A7\eN5  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 hKnAWKb0  
=j~BAS*"  
2.系统说明 [s4|+  
bT7+$^NHf  
U7#C.Z  
3_bqDhVI5  
3.系统参数 T<oDLJA\  
:%_\!FvS  
fn
#qcZv?  
NC%96gfD  
j)ME%17  
4.建模/设计结果 F[(ocxQZ3  
.^dtdFZ8,  
QUeuN?3X\  
`G0k)eW
 
总结 k?Kt*T  
>{S ~(KxK  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 '8Cg2v5&w  
1. 仿真 {oSdVRI  
以光线追迹对单色仪核校。 dBw7l}  
2. 研究 3{)!T;Wd  
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。 fUMjLA|*I<  
3. 应用 %2wr%*h  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 e@Mg9VwDc  
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。 .Hnhd/ c  
B"YN+S
o  
应用示例详细内容 5^D094J|^  
系统参数 4VF4
8  
WeJ=]7T'L  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 en>n\;U  
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。 IClw3^\l  
a,36FF~&  
U&i#cF  
>AFQm  
2. 系统参数 wBDHhXi0  
)T6:@n^]h  
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。 Na$.VT  
5vFM0  
IL go:xQ  
f&j\gYWq  
3. 说明：平面波(参考) D6~KLSKm  
}uNj#Uf  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 (gnN</%  
mPU}]1*p  
n}b{u@$  
wFF,rUV  
4. 说明：双线钠灯光源 #.rkvoB0N  
,m[XeI  
No"i6R+  
 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。 p5jR;nOZ%l  
 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)。 ,4S[<(T"  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 w$IUm_~waa  
=;+gge!?bB  
XD?Lu _.  
 V~VUl)  
5. 说明：抛物反射镜 _CPj]m{  
gg.]\#3g  
@<3E`j'p  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 L pq)TE#  
 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。 mKjTJzS  
Z^]jy>dj  
m62Zta  
9 Jw,ls  
LtH j  
!uit  
6. 说明：闪耀光栅 )H@<A93  
? V1ik[  

l
9C `:g  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 D_?Tj  
 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 'j*Q   
cHt4L]n8n  
`-%dHvB^R  
JN:L%If  
z Ohv>a  
-8l(eDm"m  
7. Czerny-Turner 测量原理 5Q <vS"g  
2<9K}O
f  
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。 L*dGo,oN  
KB
^8Z@(+  
%19~9Tw  
%f'=9pit  
p6NPWaBR  
8. 光栅衍射效率 U
#[T!E  
4lR+nmAZ  
kkfBVmuW  
 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。 dH.Fb/7f  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 C+P.7]?&  
 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) g)\Tex<  
l?$X.CwX  
p+<qI~  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd P5h
*RV>oS  
j94~cYV  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 L-)ZjXzk  
sxA]o|  
cLp_\\  
eI:x4K,#  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 %TRJ  
IP$eJL[&D"  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 4W|cIcU W  
mi$C%~]5m  
b:'8_jL  
iDX<`)  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 n|?sNM<J3  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 5x|$q
kI  
IJKdVb~   
应用示例详细内容 n:B)
{'S  
)X," NJG  
仿真&结果 ygV_"=+|N  
WV'u}-v^  
1. 结果：利用光线追迹分析 jl}!UG  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 JL!^R_b&c  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 g]JRAM  
@`+\v
mfD  
<$hv{a  
_VjaTw8iM  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 88<d<)7t  
!SE  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 5 (!F
Q  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 ZvQZD=,F  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， }f_@@#KB?  
H"A@Q.'  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 ~3Pp}eO~V  
f3n^Sw&Q(Q  
Jw}&[  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms o\ce|Dzt  
-hfkF+=U'  
3. 衍射效率的评估 !-n*]C  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 <+r~?X_  
A@?-
"=h}  
rN7JJHV  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 <&`Rf6  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 2Mq
@5n  
!gV{[j?~zr  
4. 结果：衍射级次的重叠 Drf Au  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 G5OGyQp  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 oiR9NB&<  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 l&e{GHz  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) yMM2us#*+q  
 光栅方程： -DJ,<f*$  
%Qb}z@>fJk  
<KtL,a=2+  
6< -Cpc  
yK9EH
J$  
5. 结果：光谱分辨率 0~_I9|FN  
RTbV!I  
^~TE$i<  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run Q(Q?L5  
GutiqVP:B  
6. 结果：分辨钠的双波段 v9,cL.0&  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 vfj{j= G  
   8"NPj0  
/E{tNd^S  
)mI>2<Z!  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 IY[qWs  
v8'XchJ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run T*Ge67  

(RrC<5"  
7. 总结 K0o${%'@7  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 GV) "[O  
1. 仿真 =_3rc\0  
以光线追迹对单色仪核校。 p
/u  
2. 研究 )h>dD  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 yKK9b  
3. 应用 thX4-'i  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性  !a\HdQ  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 }X=c|]6i^  
扩展阅读 4
bdCbI  
1. 扩展阅读 H/Ql  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 y=+OC1k\8  
khT[  
 开始视频 (E,[Ad,$  
- 光路图介绍 xe(7q1   
- 参数运行介绍 g] ]6)nT  
- 参数优化介绍 %[~g84@  
 其他测量系统示例： EB}~^ aY  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Hi$N"16A5z  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ~@QAa (P.  
snu?+*6  
:yi} CM4  
QQ：2987619807 _\,lv \u  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习