[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) I9?\Jbqg  
'6N)sqTR  
应用示例简述 xm m,-u  
/~LE1^1&U  
1.系统说明 hh;kBv07o  
P\"kr?jZP  
 光源 \/Y(m4<P
 
— 平面波(单色)用作参考光源 **q8vhJM  
— 钠灯(具有钠的双重特性) _}[ Du/c  
 组件 9o@3$  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 U9 iI2$  
 探测器 |MNSIb&,W  
— 功率 w2B)$u  
— 视觉评估 gawY{Jr8I  
 建模/设计 {;$oC4  
— 光线追迹：初始系统概览
[RF,0>^b  
— 几何场追迹+(GFT+)： dL42)HP5  
 窄带单色仪系统的仿真 teok*'b:  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 }*x1e_m}H  
n_kwtWX(  
2.系统说明 CHnclT  
E'6>3n  
'54\!yQ<{  
Vgm*5a
6t  
3.系统参数 OVL
VsNg  
4"&-a1N  
'm<Lx _i  
1/$PxQ  
:Xw|v2z%3  
4.建模/设计结果 #|9W9\f,  
BJ UG<k  
a`wjZ"}'[  
_S9)<RVI+  
总结 s&73g0$$  
w:\} B'u  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 -y.cy'$f  
1. 仿真 IO)Y0J>x  
以光线追迹对单色仪核校。 :1+Aj (  
2. 研究 t$BjJ -G  
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。 <Jgcj4D  
3. 应用 fD!c t;UK  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 .fWy\r0  
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。 'z} t= ?  
!Fl'?Kz  
应用示例详细内容 u`|%qRt  
系统参数 ` o)KG,  
ztVTXI%Kz  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 P@N+jS`Vf  
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。 _=g&^_ #t  
M+ [ho]  
xvl$,\iqE  
joY7Vk!<o  
2. 系统参数 (3n "a'  
:FAPH8]  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 CX]1I|T5  
?L<B]!9HZt  
ZvRa"j  
3=enk0$  
3. 说明：平面波(参考) ]p!{   
(?e%w}  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 u99a"+  
^hLr9k   
2^r~->  
P%|~Ni_BTX  
4. 说明：双线钠灯光源 ~qinCIj  
-6[DQB  
hYoUZ'4  
 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。 ]-gyXE1.r  
 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)。 wnS,Jl  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 %bnXZA2Sx  
J&8KIOz14Z  
wOAR NrPx2  
fJS:46  
5. 说明：抛物反射镜 a=2.Y?  
Mj@2=c  
lDL&":t  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ]B
O:*&O  
 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。 V'vWz`#  
XPdmz!,b  
01r%K@ xX\  
x9YQd69  
&M13F>!  
C]

!2  
6. 说明：闪耀光栅 Im;%.J  
HLWffO/  
b~aM=71  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 o]1BWwtY&  
 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 RHUZ:r  
qb? <u  
<- \|>r Q  
C:B7%<  
hl1IG !  
GRcPzneiz  
7. Czerny-Turner 测量原理 R*r4)+gd  
= wz}yfdrC  
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。 &5 "!0  
>V6t
L;+  
?c#s}IH  
L-|l$Ti"  
03~ ADj  
8. 光栅衍射效率 JI>Y?1i0O  
[lzd'  
`;85Mo:qJ  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 #*g=F4>t  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。
gkr9+  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此)
+p%3pnj:K  
R,3cJ Y_%  
~e}JqJ(97  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd n{gEIUo
#  
{w2] Is2F  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 3L&:  
mi=mwN%UB  
_w
KwiJs  
w5>[hQR\  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 EJn]C=_(  
@;egnXxF<  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 iwF_'I$#N  
c
O J`^^P  
DZqPCMz)^  
FI^Wh7J  
 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)。 70qEqNoC  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 Kn^+kHh:  

Bt<)1_  
应用示例详细内容 J
K2{9#*  
]^ R':YE  
仿真&结果 7eCjp  
UBwl2Di  
1. 结果：利用光线追迹分析  I0mp[6  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 <q7o"NI6FZ  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 z"4 q%DC  
*'?ZG/ (  
^("b~-cJ  
$5XAS  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd |.@!CqJ  
~:Rbd9IB  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 t=Oq
<r  
 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)。 E ASnh   
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， S/E&&{`ls  
Z:{| ?4  
 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。 `Abd=1nH  
,SIS
3A>s  
"}3sL#|z  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms pN^
g.  
IP`lx  
3. 衍射效率的评估 <N)!s&D  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 Z=&|__+d  
^os_j39N9  
v-#,@&Uwq  
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。 sRt7.fe  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd @V 'HX  
%2:UsI  
4. 结果：衍射级次的重叠 +QN4hJK  
 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。 0BXr[%{`  
 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)。 N[cIr{XBGN  
 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。 z\eQB%aM  
 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) ^;F/^_  
 光栅方程： neU=1socJ  
ykC3Z<pI.  
Qhj']>#g  
J'2 Yrn  
wNUT0+  
5. 结果：光谱分辨率 ;y(;7n_ a  
TyV~2pcN  
43k'96[2d  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run pE
wo}NS*H  
2{j$1EdI@-  
6. 结果：分辨钠的双波段 [0Xuo  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ?q`i MiN  
   0m3hL~0(a  
^$'
{:i  
Milp"L?B%  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 IFBt#]l0  
<Z.`X7]Uk  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run .'=S1|_(  
eZ:iW#YF  
7. 总结 )<HvIr(xr  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 a8TtItN  
1. 仿真 J299mgB  
以光线追迹对单色仪核校。 Vja 4WK*  
2. 研究 4Wgzp51Aq!  
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。 q
eMDC#N  
3. 应用 [.>=>KJ_  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 -,/7u3  
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。 )bg|l?  
扩展阅读 lq.:/_m0  
1. 扩展阅读 8`L]<Dm  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 M_!]9#:K7  
HsYzIQLL  
 开始视频 8Ze> hEG  
- 光路图介绍 ~j[?3E4L}  
- 参数运行介绍 6Mk#) ebM  
- 参数优化介绍 _ uOi:Ti  
 其他测量系统示例： (87wWhH  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) 9iT9ZfaW  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) :uAL(3pQ  
O`CZwXD  
m|fcWN[  
QQ：2987619807 2W0nA t  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习