[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) GM0pHmC  
{-)I2GJav  
应用示例简述 _J_QB]t  
Nqbm,s  
1.系统说明 |q\Rvt$d  
YE-}1&8  
 光源 :*tFW~<*b  
— 平面波(单色)用作参考光源 r{Z4ifSl(  
— 钠灯(具有钠的双重特性) AIM
<mU  
 组件 OlsD  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 L5]uT`Twa  
 探测器 %^;rYn3  
— 功率 Rw!_j!  
— 视觉评估 Xc
G   
 建模/设计 6[a;83  
— 光线追迹：初始系统概览 lMjeq.5nP  
— 几何场追迹+(GFT+)： o-<.8Z}>at  
 窄带单色仪系统的仿真 D.w6/DxaXa  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 QM=Y}   
}I~)o!N%7  
2.系统说明 ?T>)7Y)  
8+&Da  
D+4$l+\u  
vyruUYFWe  
3.系统参数 7hKfxw-X@  
#8B4*gAM  
>ti)m >f  
di~ [Ivw  
TmLfH d  
4.建模/设计结果 e,@5`aYHM@  
D.x&N~-  
F%:o6mT  
mFuHZ)iQG  
总结 <s (o?U  
,+'VQa"]  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 -N1X=4/fg  
1. 仿真 cx*$GaMk  
以光线追迹对单色仪核校。 k6|/ik9C  
2. 研究 AXPdgo6  
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。 XlxM
.;i0H  
3. 应用 >u?a#5R:m  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 zQsW*)L  
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。 ce1U}">11
 
H:`H4S}  
应用示例详细内容 TA!6|)BUW  
系统参数 ,o6,(jJU  
HurF4IsHk  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 l\{r-F N  
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。 #} `pj}tQ
 
?l](RI   
XGDJCN  
~Z$Ro/;l  
2. 系统参数 #i-b|J+%  
lN[#+n  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 %ERR^  
z_nY>_L83*  
W,[iRmxn  
{:`XhPS<B  
3. 说明：平面波(参考) mZL0<v
U@^  
0Q:l,\lY  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 E5t /-
4  
*30T$_PiX|  
Eyg F,>.4  
kntULI$`  
4. 说明：双线钠灯光源 UZ7ukn-  
:2AlvjvjZ  
aoU5pftC  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 ~p\r( B7G  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 n<DZb`/uHZ  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 +S
g+% 8T  
m/ngPeZ  
}n?D#Pk,  
T)Pr%kF  
5. 说明：抛物反射镜 !w:pb7+G  
)S|&3
\  
SnGXEQ  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 dp*E#XCr1  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 c=4z+_K  
<ua! ]~  
NdM \RD_R  
FdS'0#$  
*:Y9&s^6j  
]1|OQYG  
6. 说明：闪耀光栅 B1z7r0Rm,  
eY3<LVAX  
%H=^U
8WB  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ,?VYrL  
 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 p+^K$w^Cs  
@{@)gE  
H.)J?3  
82yfPQ&UI  
;rt\  
*!`bC@E  
7. Czerny-Turner 测量原理 8D`TN8[W  
,gIeQ!+vy  
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。 %=i/MFGX  
|5\: E}1  
WM GiV  
~!'T!g%C  
@g1T??h   
8. 光栅衍射效率 =T#?:J#a  
%WtF\p  
`i6q\-12n  
 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。 ~?KbpB|  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 b:x*H
jf  
 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) _`xhP-,`S  
)H%RwV#  
`k3s
l 0z%  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ?)e6:T(  
[q(}~0{"-  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 {1'M76T  
tCQf `  
XknbcA|  
$%5vJiuk  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Ss'Dto35Q  
9zaSA,}  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 3OJGBiDAr  
@Pf['BF"  
;:P}s4p  
zu``F]B  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 (b+o$C  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 &&te(DC\  
Bx0=D:j  
应用示例详细内容 K#]FUUnj=  
%wIb@km  
仿真&结果 hu:x,;`9H  
TR!7@Mu3  
1. 结果：利用光线追迹分析 G
X%r-  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 2jyxP6t  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 }Hb_8P  
Y2(,E e2  
i[Pk
sT#p  
|/!RN[<   
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd r\m2Oo)]  
EK
zYL#(i  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 /(Ryh
6M  
 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)。 # 0/,teJk  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， 5>rjL;  
S|T*-?|  
 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。 BU=Ta$#BZ  
-m Sf`1l0  
]wV_xZ)l^A  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms )7a 4yTg!~  
?# )\SQ  
3. 衍射效率的评估 BV]$= e'  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 #=I5_
u  
\7 }{\hY-  
XF9
9h&;9  
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。 oNRp  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd tflUy\H>  
Klqte*!  
4. 结果：衍射级次的重叠 p.!p6ve){  
 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。 VBe&of+  
 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)。 gdG#;T'  
 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。 ' y_2"  
 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) }K9Ji]tOK:  
 光栅方程： WRN}>]NgQ  
;f2<vp;U  
M.KXDD#O  
L$=a,$  
?^{Ey[)'(  
5. 结果：光谱分辨率 C<N7zMwT  
Z/b,aZhB  
RzqU`<//  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run #\MkbZc d  
wW0m}L  
6. 结果：分辨钠的双波段 dlc'=M  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 vf['$um  
   PpR eqmo  
~{!,ZnO*  
,~7+r#q7  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 BmCBC,j<v>  
mH!\]fmR~  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run y?8V'.f|  
a>Xq  
7. 总结 I7jIA>ZZi  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 qF4DX$$<  
1. 仿真 kk+:y{0V  
以光线追迹对单色仪核校。 |@*   
2. 研究 mv1|oFVW  
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。 F1&7m )f$l  
3. 应用 ()
yOK$"  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Owm2/  
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。 k1;Jkq~  
扩展阅读 q%wF=<W  
1. 扩展阅读 #5_pE1  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 fDZnC Fa  
d4A3DTW  
 开始视频 kud2O>>  
- 光路图介绍 G>W:3y  
- 参数运行介绍 =8x-+u5}rK  
- 参数优化介绍 ]8EkZC  
 其他测量系统示例： |sV@j_TX  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) wm/>_  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) <F+9#-  
mW @Z1Plxs  
@wW)#!Mou  
QQ：2987619807 sys;Rz2  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习