[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) bH1MDBb2  
s<b(@L 1  
应用示例简述 xC^|S0B  
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]A:(HSZj  
1.系统说明 FrL ;1zt  
h#?)H7ft  
 光源 {u@w^ hZ$  
— 平面波(单色)用作参考光源 u7G9 eN  
— 钠灯(具有钠的双重特性) ^sb+|b  
 组件 +|c1G[Jh  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 J=7<dEm&  
 探测器 mJFFst,  
— 功率 XMi)PXs$  
— 视觉评估 3+tr_psH  
 建模/设计 3uJ>:,~r  
— 光线追迹：初始系统概览 em,j>qp  
— 几何场追迹+(GFT+)： 0?/vcsO  
 窄带单色仪系统的仿真 .N~YVul[a*  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 s3+6Z~g'B  
^,,lo<d_L  
2.系统说明 NoD\t(@h  
q%\rj?U_  
n}!D)Gx  
_;8+L\  
3.系统参数 `@#,5S$ E  
<F#/wU^9  
hJasnY7  
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|C_sP,W  
4.建模/设计结果 M-+pYv#&P  
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yLv  
UCDvN  
lL]8~3b  
总结 ?~fuMy B  
.pd_SQ~  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 mIUpAOC`"Z  
1. 仿真 tW7*(D  
以光线追迹对单色仪核校。 o;<oXv  
2. 研究 dab[x@#r>  
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。 $IB>a  
3. 应用 wU=@,K  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 FMBzTD  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 {Kh u'c  
n^m6m%J)  
应用示例详细内容 _O*"_^6  
系统参数 3[E)/~-  
)s';m$  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 _8G  
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。 2n`OcXCh/  
'5vgpm
n  
q>X%MN y  
u  teI[Q  
2. 系统参数 K[(h2&  
L>qLl_.  
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。 38hAguZX  
I8 \Ka=w  
fGD#|a;,  
^KsiTVY  
3. 说明：平面波(参考) tE: m& ;I  
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 采用单色平面光源用于计算和测试。 9rn[46s`  
MOIH%lpe
 
b%fn1Ag9  
jI8qiZ);~  
4. 说明：双线钠灯光源 i7fQj, q  
[7~ !M*o9  
JWa9[Dj  
 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。 'j)xryw  
 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)。  wv2  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 SY` U]-h  
wPn#>\/L  
|8$x  
u(7PtmV[!  
5. 说明：抛物反射镜 -
|MeC  
pr8eRV!x  
[=Y@Ul  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 !79^M  
 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%]%c6  
Hb KJ&^  
%&+j(?9  
XHgwK@GU  
)v-sde\  
a W`q  
6. 说明：闪耀光栅 k[]B P4  
$!L'ZO1_r  
.$/Su3]K/  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 y]B?{m``6  
 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 + RX{  
9Xt5{\PJ  
1M
H[-=[Q  
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m]8rljo  
(c ?OcwTH  
7. Czerny-Turner 测量原理 <FIc!  
c(.2D  
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。 c rPEr  
66*/"dBwm  
gnW`|-:\  
N/QTf1$  
_-$"F>  
8. 光栅衍射效率 r#^/qs(~  
*p}b_A}D  
'c3P3`o,;  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 (+d7cln  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 :c@v_J6C&  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) v1Tla]d  
`9BZ))Pg  
tLXwszR0r  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd .}n%gc~A  
8"L#5MO t  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 YvD+Lk'hm  
sdF;H[  
4RCD<7  
H`#{zt);  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 We&~]-b AW  
u;f${Wn'3  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 1p&e:v  
qdkhfm2(K
 
l"70|~  
hTZ&  
 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)。 h3-y}.VjG  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 )Il) H  
-]$q8Q(hM  
应用示例详细内容 iNj*Gj  
1vKAJ<4W  
仿真&结果 ?=zF]J:G1w  
Er /:iO)_  
1. 结果：利用光线追迹分析 7A6Qrfw  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 .[mI9dc  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 |^l17veA@  
G8bc\]  
JZ=ahSi  
>6yA+?[:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd @8\7H'K"\  
&+0WZ#VI  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 jEK{QOq0  
 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)。 :Vdo.uUa  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， a-[:RJW  
c+dmA(JC  
 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。 DIAHIV<  
2TQyQ%  
YCBp]xuE  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms A^L8"  
9:\#GOg  
3. 衍射效率的评估 %Z.!T  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 %imI.6  
i!yu%>:M  
$u"*n\k>  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 y [jck:  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 0&
21'K)pW  
n0 q$/Y.  
4. 结果：衍射级次的重叠 "|,;~k1  
 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。 sKCfI]  
 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)。 !C6[m1F  
 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。 V#Pz`D  
 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) o[Gp*o\  
 光栅方程： |V dr/'  
M[:},?ah0  
PrQs_tNi  
`mp3ORR;$  
SbYsa  
5. 结果：光谱分辨率 H_&z-g`  
z~0f[As.  
IEj=pI  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run r1]DkX <6  
kN8?.V%Utw  
6. 结果：分辨钠的双波段 Y'9<fSn5&  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 wM0P#+bA\  
   )BX-Y@fpA  
/9k}Ip  
iJ%`ym4Y  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 HLYo+;j3|  
/OsTZ"*.2/  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 8 aC]" C  
2
nv-/%]  
7. 总结 \EC7*a0  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 !<AY0fpY  
1. 仿真 `7o(CcF6H  
以光线追迹对单色仪核校。 F qH@iZ  
2. 研究 8pE0ANbq  
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。 <f/wWu}  
3. 应用 /sa\Ze;E  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 R3!3TJ  
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。 6JZ$;x{j  
扩展阅读 y|O)i I/g  
1. 扩展阅读 m=e#1Hs  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 Yv7`5b{N.  
I]B[H6  
 开始视频 2Hj;o  
- 光路图介绍 BdYl sYp  
- 参数运行介绍 vo3[)BDbT  
- 参数优化介绍 }RPeAcbU_  
 其他测量系统示例： J6m(\o  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) B'` jdyaE9  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 8
C4=f  
.|Bmg6g*  
HZ.Jc"+M  
QQ：2987619807 Q{))+'s2h  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习