[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) z )a8 ^]`  
,*@m<{DX)  
应用示例简述 
Gv?'R0s  
sn}U4=u  
1.系统说明 %kKe"$)0  
q,PB;TT  
 光源 do+HPnfDzU  
— 平面波(单色)用作参考光源 m%qah>11  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 0 #VH=pga  
 组件 Y\& 4`v'  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 b_W0tiyv%  
 探测器 )?K3nr  
— 功率  Ae<v  
— 视觉评估 (`<l" @:_*  
 建模/设计 [NQ`S ~_:  
— 光线追迹：初始系统概览 *G.6\  
— 几何场追迹+(GFT+)： z"Gk K
T  
 窄带单色仪系统的仿真 BN|+2D+S  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 D?)"Z$  
fY}e.lD  
2.系统说明 :@`Ll;G  
v,KH2 (N  
T,TKt%  
\T/~" w  
3.系统参数 4IG'Tm  
y9=/kFPRm  
B&0-~o3WP  
uV#/Lgw{M  
]O,!B''8k  
4.建模/设计结果 T]Vh]|_s  
15)=>=1mR.  
+s V$s]U  
V2^(qpM!  
总结 d-#MRl$rtK  
`-hFk88  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 xzyV|(  
1. 仿真 6*A S4l  
以光线追迹对单色仪核校。 k =ru) _$2  
2. 研究 QukLsl]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。 so9h6K{qcp  
3. 应用 :y"Zc1_E  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ^;Nu\c  
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。 @-NdgM<  
_W@q%L>  
应用示例详细内容 S=U*is  
系统参数 )U6T]1  
JcvWE $  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 4hg#7#?boW  
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。 B+ud-M0  
c]P`U(q9TV  
p,* rVz[Y  
4l
@*x^F  
2. 系统参数 ReE6h\j  
+#"CgZ]  
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。 5 UpN/\He  
Sy6Y3 ~7  
O'Lgb9  
SaH0YxnY+  
3. 说明：平面波(参考) S#/[>Cb  
;$ D*,W *  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 nr
Jl>H  
m*6C *M  
4N[8LC;MH  
yEJ}!/  
4. 说明：双线钠灯光源 |bk.gh  
2ro4{^(_  
X2 c<.  
 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。 OxqK}%=Bw  
 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)。 fil'._  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 wN-3@  
Z!0D97^  
?lKFcm  
_Jn-#du  
5. 说明：抛物反射镜 2j9Mr  
;f:}gMK  
Ms;:+JI  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 {9q~bt  
 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。 y m<3  
^vS+xq|4"  
tY-{uHW&h  
\Bg;}\8X  
=B@owx  
v@_b"w_TY  
6. 说明：闪耀光栅 paF$o6\  
CvW*/d q  
ZW{pO:-  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 p^_2]%,QeM  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 7dhip  
BUqe~E|I  
"q5Tw+KCfu  
k\8]fh)J\7  
u=I\0H  
 w~wpm7  
7. Czerny-Turner 测量原理 {s&6C-  
]|ew!N$ar=  
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。 uO8z.  
4,"%  
3e+ Ih2  
bq#*XCt#  
Pb4%"9`  
8. 光栅衍射效率 |Byw]\3v  
atRWKsY<  
^iAOz-H  
 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。 6K501!70g6  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 s4uZ;  
 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) '
yd<<BM`  
{XAm3's  
FGY4u4y  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd xp<\7m_N  
D=uU:7m  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 $Tci_(V=F  
oKjQ? 4  
SC/|o  
y,e#e`  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 5xKo(XNp  
!?!~8J~  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 w9h`8
pt  
s|L}wtc  
Rg@W0Bc)  
WfYu-TK*  
 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)。 S?TyC";!  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 r/E'#5 Q  
F*Lm=^:  
应用示例详细内容 &}%rZU  
#;,dk(URo  
仿真&结果 J<J_yRg2  
S-@E  
1. 结果：利用光线追迹分析 P?D;BAP2  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 5R"My^G  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 e lj
]e  
9,8}4Y=GVI  
X;`XkOjk  
$]O;D~
 
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd 0G@sj7)]  
AY3nQH   
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 -:Up$6PR  
 通过将光栅倾斜合适的角度以选择被探测的波长 (可通过光栅方程计算该角度)。 Ps=OL\i  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， t0t" =(d  
U
8Rko)  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 i`#5dIb  
]3UEju8$  
^=kUNyY  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms rfj>/?8!@  
T#&tf
^;  
3. 衍射效率的评估 hbfTv;=z  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 c~j")o  
8)n799<.  
6, =oTmFP  
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。 s'/b&Idf8  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 6R_G{AWLL  
H#yBWvj*H  
4. 结果：衍射级次的重叠 a W1y0  
 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。 `rt?n|*
QF  
 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)。 #Fp5>%*  
 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。 w'uI~t4  
 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) c*iZ6j"iI  
 光栅方程： e
AvOT$  
C9+`sFau@  
)<Cf,R  
LRe2wT>I  
yCk9Xc  
5. 结果：光谱分辨率 2|Of$oMc  
>SS YYy  
~cHpA;x9<^  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ZcT%H*Ib]9  
?"23XKe  
6. 结果：分辨钠的双波段 <~wr;"S  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 /F/zMZGSA{  
   T4H/D^X|  
bo>4:i  
j A/xe  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 =}SH*xi6  
/da5"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run <K6:"  
{[Bo"a>%  
7. 总结 }r%
Si  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 A}./ ;[  
1. 仿真
/3( a'o[  
以光线追迹对单色仪核校。 ~96fyk
|  
2. 研究 ey icMy`7{  
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。 /HlLfW  
3. 应用 ?<_yW#x6  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 f8Z[prfP  
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。 <m") 2dJ  
扩展阅读 2>bTcud>  
1. 扩展阅读 kX0hRX  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 ED0Vlw+1  
2;!,:bFb  
 开始视频 "t[9EbFL  
- 光路图介绍 2.xA' \M  
- 参数运行介绍
960[.99  
- 参数优化介绍 xbZx&`(  
 其他测量系统示例： M|HW$8V3_2  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) ;"d>lyL  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) V5]}b[X  
~Bw)rf,  
~ 9F rlj  
QQ：2987619807 kPuY[~i%  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习