[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) i!
%WEHPe  
*f 7rLM*  
应用示例简述 7C'@g)@^/  
bVz<8b6h'-  
1.系统说明 ~qZ6I
)?  
Pd+*syOM  
 光源 SZTn=\  
— 平面波(单色)用作参考光源 0UJ6>Rj  
— 钠灯(具有钠的双重特性) VHPqEaR  
 组件 SZXSVz0j  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 %T$>E7]!  
 探测器 b_`h2dUq  
— 功率 K&&T:'=/  
— 视觉评估 .tKBmq0xo"  
 建模/设计 \FfqIc9;  
— 光线追迹：初始系统概览 C7F\Y1Wj  
— 几何场追迹+(GFT+)： 6~sU[thGW  
 窄带单色仪系统的仿真 |$ ^3 5F  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 =~JVU  
l7uTk5  
2.系统说明 Tv1oy%dK  
o@N[O^Q V  
DTH}=r-  
a&0g0n6  
3.系统参数 W0MgY%Qv[  
/fUdb=!Z  
U\Y0v.11  

}J6
:D]Q  
?{aC-3VAT  
4.建模/设计结果 ~]?sA{  
[>mH  
Ms+ekY)  
#/ePpSyD  
总结 @p~scE.#\  
EUs9BJFP  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Q9AvNj>X  
1. 仿真 x-c5iahp'  
以光线追迹对单色仪核校。 Zoxblk  
2. 研究 r+m.!+  
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。 OvQzMXU^I  
3. 应用 lx4pTw1  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 eYP^.U)  
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。 @;Jv/N6@  
_cJ)v/]  
应用示例详细内容 !&Q?ASJH  
系统参数 LZ_0=Xx%  
'm`
}XGUBS  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 iJE:>qOTD5  
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。 1OExa<Zq  
N@tKgx  
7omHorU+  
M.,D
XEZT  
2. 系统参数 Wcc4/:`Hu  
 :QP1!  
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。 @Ol(:{<  
,vmn{gz  
WPsfl8@D  
~5N oR
 
3. 说明：平面波(参考) YFS6YA  
xi{r-D8Z  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ;8XRs?xyd  
+kd1q  
&-qQF`7  
Q<u?BA/  
4. 说明：双线钠灯光源 TW>GYGz  
$adZ|Q\  
czIAx1R9  
 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。 &~+QPnI>Pm  
 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)。 !@ ]IJ"\  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 mrRid}2  
g/f6N
z  
aOd#f:{y  
:,JjN
&  
5. 说明：抛物反射镜 V'{\g|)  
wHs1ge(  
vTx>z\7q,  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 l+

>eb  
 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。 XfE9QA[  
1D#-,#?  
JqMF9|{H  
.e0)@}Jv8>  
Wgh@XB  
5\z<xpJ  
6. 说明：闪耀光栅 ^D+^~>f  
G`n $A/9Q  
-!_8>r;Q4  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 =3(Auchl$Y  
 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 \X&
8EW  
T 'c39  
wjl)yo$z  
f0SrPc v  
3E*m.jX  
gep#o$P  
7. Czerny-Turner 测量原理 Sp X;nH-D  
-ymDRoi  
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。 pAatv;Ex  
tjFX(;^[  
e1-tpD:J  
 i
iQn/%  
<7Pp98si,u  
8. 光栅衍射效率 ~>(~2083*;  
ISNL='%  
T#-;>@a}  
 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。 ^C'0Y.H S  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。
ujxr/8mjV  
 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) p}JOiiHa  
'+_>PBOc  
A_9^S!  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd $!>.h*np  
3U>-~-DS  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 {V6pC  
To>,8E+GAb  
`Fn"QL-  
}?9&xVh?\  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 Ll|_Wd.K,  
>E+g.5 ,:W  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 L_!ShE
  
&kIeW;X  
=lJ ?yuc  
;Z{D@g+  
 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)。 95
mf  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 DSz[,AaR]  
WSHPhhM  
应用示例详细内容 GVXdyi  
kh0cJE\_^  
仿真&结果 EB*sd S  
z/{X
{+Z  
1. 结果：利用光线追迹分析 D|9+:Y  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 v~Q'm1!O4\  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 uAPVR  
N;|^C{uz  
vt#;j;liG  
B}d&tH2^s  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd w2nReBz  
,_3hbT8Q  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 "OjAhKfG  
 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)。 pIlEoG=[_  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， R p&J!hlA  
+%W8Juu  
 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 6G40!G=)  
lv 8EfN  
B`}um;T#~,  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms ~w>h#{RB  
2 kDsIEA  
3. 衍射效率的评估 J3_aHI  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 !?>V^#c  
6CBk=)qH  
gN=.}$Kfu  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 -G,}f\Cg  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd `
t U  
SB\%"nnV  
4. 结果：衍射级次的重叠 MoIh=rw  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 !&VfOx:PN  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 AYbO~_a\N  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 GD
xv2^4  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) W" 5nS =d%  
 光栅方程： qNEp3WY:  
|u&cN-}C d  
NHGTV$T`1  
L|'^P3#7`  
So a
qmY;+  
5. 结果：光谱分辨率 !__0Vk[s  
,S-h~x  
Y2 @8B6  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run KrE'M  
X06Lr!-%  
6. 结果：分辨钠的双波段 TLdlPBnr8  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 s\-,RQ1  
   po*G`b;v  
i5 rkP`)j  
\/NF??k,jk  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 T D_@0Rd  
Mkz_.;3  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 5f-b>=02  
@tH9$J*Y<  
7. 总结  $GJT  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 3z+l-QO8  
1. 仿真 isZ5s\  
以光线追迹对单色仪核校。 %nZ
l`<M  
2. 研究 ":Wq<Z'  
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。 bNea5u##  
3. 应用 @Wu-&Lb  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 _wq?Pa<)e  
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。 -JMn?]  
扩展阅读 NQ9v[gv  
1. 扩展阅读 O`5,L[i1y  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 .Bm%  
WgtLKRZ\  
 开始视频 Cx7-
I0!  
- 光路图介绍 '0+*  
- 参数运行介绍 CXlbtpK2k  
- 参数优化介绍 /DYyl/  
 其他测量系统示例： g68p9#G  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) (`tRJWbdz  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ScPVjqG2{  
#oUNF0L@6  
2{OR#v~  
QQ：2987619807 m#7(<#  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习