[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) CX
1L(Y[  
#($k 3OA  
应用示例简述 @?'t@P:4  
vd2uD2%con  
1.系统说明 [c,
|Lw4  
2,rY\Nu_  
 光源 #FrwfJOV  
— 平面波(单色)用作参考光源 5cPSv?x^F@  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 3WQRN_  
 组件 xgZV0!%  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 er&uC4Y]a  
 探测器 Y{+zg9L*  
— 功率 =>gyc;{2K<  
— 视觉评估 EGp~Vo-  
 建模/设计 aeN}hG  
— 光线追迹：初始系统概览 lCM6T;2ID  
— 几何场追迹+(GFT+)： |#Yu.c*  
 窄带单色仪系统的仿真 tI/mE[W  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 2U-#0,ll]  
6n2Vx1b  
2.系统说明 GN"M:L^k`  
K,`).YK  
.6lY*LI  
L,s|gtv  
3.系统参数 z^gDbXS  
(mD-FR@#  
.WN;TjEg!  
> gA %MT  
GC5#1+fQ  
4.建模/设计结果 ~9`^72  
.0R/'!e  
TFiuz;*|  
'sT}DX(7M  
总结 2?#y |/  
pfJVE  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 6xDl=*&%  
1. 仿真 sRo<4U0M;l  
以光线追迹对单色仪核校。 ,d9%Ce.$2  
2. 研究 =]5DYRhX]  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 SK2J`*  
3. 应用 ~pX(w!^  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 (hRgYwUa<  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 f)u*Q!BDD  
u8{@PlS  
应用示例详细内容 } kh/mq  
系统参数 }iiG$?|.  
h%CEb<  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 9H !B)  
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。 1pYmtr  
L.I}-n  
<{-(\>f!9  
b]tA2~e  
2. 系统参数
R:pBbA7E  
6N)< o ;U  
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。 %>I?'y^  
$BR=IYby  
_.Z&<.lJ  
&<fRej]v  
3. 说明：平面波(参考) {"gyXDE1  
x3Dg%=R  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 &}L36|A:  
R&x7Iq:=D  
rH2tC=%  
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4. 说明：双线钠灯光源 j]ln :?\  
1O'*X  
.JD4gF2N  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 3-_U-:2"  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 N,sqrk]  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 &
"r==A?  
,XBV}y  
1K*f4BnDr~  
0Z1H6qn  
5. 说明：抛物反射镜 q.,p6D  
r:8]\RU  
~Hyyq-  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 0]2B-o"kI  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 NZ%~n:/V#  
upEPv .h  
D"(3VIglq  
K#6`LL m  
tsSS31cv  
1 ">d|oC  
6. 说明：闪耀光栅 esC\R4he  
2XecP'+m  
dx?njR  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 b/n8UxA  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 ZimMjZ%4  
 8H%I|fm  
u{{xnyl?  
N`|Ab(.  
C}8e<[})  
q$u\ q.  
7. Czerny-Turner 测量原理 OCOO02Wq1  
(61twutC  
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。 xn x1`|1u  
cJ(zidf_$  
2t`9_z
qLw  
`9Q,=D+  
!MF"e|W
  
8. 光栅衍射效率 {,-5k.P[  
x}8T[  
,0<F3h  
 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。 oN6*WNtJ  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 >s 8:1l  
 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) @IyH(J],h  
XpAq=p0;  
s=%+o&B  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd Eztz~oFo  
M@2Qn-I  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 5dNf$a0E  
]x(2}h^
S  
m9<[bEO<$  
LG@c)H74  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 !wR{Y[Yu  
fF-\TW  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 l^eNZ3:H  
8|-mzb&  
D@b<}J>0'  
t ]I(98pY  
 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)。 ':R3._tw\  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 ?o(X0  
/HJ(Wt q  
应用示例详细内容 +@7x45;D  
u+tb83~[=  
仿真&结果 Nj@?}`C 4  
xdBZ^Q  
1. 结果：利用光线追迹分析 3ws(uF9$  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ?VN]0{JSp  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 N5an9r&z(1  
.lF\bA|  
,ZP3F+XKb  
GqD!W8+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd r5qx! >  
rs<&x(=Hv  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 W0T i ^@  
 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)。 y>cmKE  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， [Fj#7VZK  
Gx*0$4xJ3  
 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。 8W<)c  
2=,Sz1`t  
M^JZ]W(  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 2"Uk}Yz|  
ZM^;%(  
3. 衍射效率的评估 ^F
Ma8;'o  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 6p6Tse]  
z&vms   
*u4X<oBS*  
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。 >/`cmNmb  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ]GRq  
?N?pe}  
4. 结果：衍射级次的重叠 8\.1m9&r>o  
 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。 (*WZsfk>/<  
 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)。 898wZ{9  
 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。 =ObtD"  
 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~KBk)!*  
 光栅方程：
42LXL*-4  
95 .'t}  
pfQZ|*>lkb  
?uX6X'-  
5 /jY=/0.a  
5. 结果：光谱分辨率 1Da [!^u,D  
3a)Q:#okD  
sCCr%r]zL  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run
4
kF .  
1
@z@  
6. 结果：分辨钠的双波段 r~fl=2>yQ  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 @>nk^l  
   GJt9hDM$0  
yxUVM`.~  
&trh\\I"  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 lnSE+YJ>  
V;]VwsZ
"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run e27CbA{_w  
8Y~T$Yj^  
7. 总结 UVmyOC[Y{  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 skx=w<YO6]  
1. 仿真 DSZhl-uGM  
以光线追迹对单色仪核校。 2|>wY%  
2. 研究 G/3lX^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。 L\b_,'I  
3. 应用 \lIHC{V\  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Dlf=N$BL7d  
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。 &Wz:-G7<n  
扩展阅读 $<% nt  
1. 扩展阅读 {!Z_&i5  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 PjZvLK@a9)  
$hp?5KM  
 开始视频 M &EJFpc*  
- 光路图介绍 QR$sIu@%  
- 参数运行介绍 R{A/+7!  
- 参数优化介绍 'p+QFT>Ca  
 其他测量系统示例： Pc4cSw#5  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) JP@m%Yj  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) ^K8a#-  
t\d;}@bl  
o? "@9O?  
QQ：2987619807 9+Bq00-Z$  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习