[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) ^tTASK  
{gkzo3  
应用示例简述 k:QeZn(  
!jTtMx  
1.系统说明 J^V}%N".  
{TL.2  
 光源 h%%ryQQ&<  
— 平面波(单色)用作参考光源 sW^e D;  
— 钠灯(具有钠的双重特性) m0Geq.  
 组件 Q_r}cL
/A  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 <%iRa$i5  
 探测器 dtT:,&  
— 功率 YLsOA`5X  
— 视觉评估 6Lc{SR  
 建模/设计 I?&/J4o:  
— 光线追迹：初始系统概览 F(?O7z"d  
— 几何场追迹+(GFT+)： RH}i=  
 窄带单色仪系统的仿真 >'1h  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 'EHtA9M  
\}Al85  
2.系统说明 y<g1q"F  
m!K`?P]:N  
{ )-8P  
Fd86P.Df  
3.系统参数 +6`+Q2qi  
[eO^C  
DYDeb i6  
l+A)MJd oj  
U EjP
`  
4.建模/设计结果 YO'a
X  
)GYnQoV4  
smUSR4VK  
z?^oy.  
总结 = ;cTm5d;T  
zub"Ap3  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 hp1+9vEN  
1. 仿真 jNvDE}'  
以光线追迹对单色仪核校。 8<)ZpB,7  
2. 研究 (Z0_e&=*  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 g\% Z+Dc  
3. 应用 E|vXM"zFl  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 bu9.HvT'  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 3_ly"\I\  
W#P`Y< u$  
应用示例详细内容 kV+%(Gl8  
系统参数 UCt}\IJ  
Q+oV? S3{  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 eaAGlEW6J  
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。 H76iBJ66  
|M&4[ka}  
;1HzY\d%<  
B<Q)z5KK  
2. 系统参数 oY4^CGk=  
Fw S>V2R  
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。 Sv_Nb>  
9=mc3m:Tb(  
_U_O0@xi  
kuI~lBWI  
3. 说明：平面波(参考) ^Z-oO#)h#  
9Pb6Z}
 
 采用单色平面光源用于计算和测试。 p$t
|eu  
%.m+6 zaF  
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NS65F7<&  
4. 说明：双线钠灯光源 aeISb83Y|  
Mf2F LrAh  
EV?U !O  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 R RE8|%p;B  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 DXo]O}VF  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ^)wKS]BQ..  
`BQv;NtP  
+fvD1xHI  
ae2Q^yLA  
5. 说明：抛物反射镜 y^"@$   
64mg:ed&  
f4 qVUU  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 pCDN9*0/  
 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。 ,3!$mQL=  
-72EXO=|  
j*5IRzK1%0  
c"v75lW-J  
7o0zny3?  
qiB~  
6. 说明：闪耀光栅 (Vr%4Z8  
+SR{FF  
oNtoqYw
H  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 hJ$9Hb  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 }DXG;L  
gfs;?vP  
{9yf0n  
~_-]> SI  
tEL9hZzI  
qa-FLUkIk!  
7. Czerny-Turner 测量原理 R0}1:1}$Sn  
K Ax=C}9  
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。 G[\TbPh  
0|RofL&o  
p"#\E0GM  
00.x*v  
Jup)A`64  
8. 光栅衍射效率 {G Jl<G1  
#n'.a1R  
ov,|`FdU^T  
 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。 4SZ,X^]I>  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 Bl*}*S
PU  
 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) ZRG Cy5Rk  
eD?&D_l~6  
VD~5]TQ  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd HJ]xZ83pC  
;U|(rM;  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置
bDM},(  
a$"nNmD?  
}! EVf
 
W48RZghmx  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 !,$#i  
16zReI(  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 KGYbPty}  
=3.dgtH  
b)<
WC$"  
4AS%^&ah  
 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)。 1o`1W4Q  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 `*3A7y  
AP=h*1udk  
应用示例详细内容 n.&7lg^X  
&t[[4+Qt  
仿真&结果 pL"{Uqi  
k1<^Ept  
1. 结果：利用光线追迹分析 hBjU(}\3  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 t,?,T~#9  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 LUbj^iQ9  
#4JMb#q0E  
AH#mL  
P |tyyjO  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd u%~'+=  
YGJ!!(~r  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 Vr EGR$  
 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)。 gsbr8zwG,  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， ^eh.Iml'@  
`NNP<z+\  
 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。 uu.X>agg  
rLsY_7!  
.; F<X\_  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms V: D;?$Jl  
R iLl\S#  
3. 衍射效率的评估 p^pd7)sBr  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。

e*2^  
EB}B75)x  
Y~vk>
ZC  
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。 I=kqkuW  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd pAOKy  
Ddr.6`VJ  
4. 结果：衍射级次的重叠 KnkmGy  
 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。 .dU91> ~Ov  
 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)。 F9 r5 Z  
 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。 #yoc
hxF_  
 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) <=NnrZOF  
 光栅方程： klUV&O+=%  
Zi~.  
0`x>p6.)G  
K,g
6y#1"  
s9ix&m  
5. 结果：光谱分辨率 \p(S4?I7  
>%tP"x{  
6\.g,>   
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run C~h#pAh  
6CyByj&  
6. 结果：分辨钠的双波段 sE?%;uBb  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 +j9+~  
   f SkC>mWv  
y~+LzDV  
M7/5e3  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 }dN\bb{#  
nX!%9x$3  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run

rN&fFI  
6]1RxrAV  
7. 总结 Q#%LIkeq  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 (2;Aqx5i  
1. 仿真 ]Ozz"4Z  
以光线追迹对单色仪核校。 E!Q@AZ  
2. 研究 z\|<h=EU  
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。 t\/H.Hb  
3. 应用 DghyE`  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 r ~{nlLO}  
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。 WfO EI1  
扩展阅读 K}cZK  
1. 扩展阅读 :$G^TD/n  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 .V!5Ui<  
&b@_ah+f  
 开始视频 I%4eX0QY=z  
- 光路图介绍 oc"p5Y3,Os  
- 参数运行介绍 t%mi#Gh(  
- 参数优化介绍 XO;_F"H=  
 其他测量系统示例： l iY/BkpH  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ()|e xWW  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) <2(X?,N5BD  
\l=A2i7TQ  
iYLg[J"  
QQ：2987619807 eYv^cbO@:  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习