[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) ilNm\fQ.  
i?a]v 5  
应用示例简述 > Euput\  
tG{Vn+~/  
1.系统说明 Mr&]RTEE  
/wK7l-S  
 光源 5 Fd]3  
— 平面波(单色)用作参考光源 EdU3k'z$  
— 钠灯(具有钠的双重特性) N*z<VZ  
 组件 A8A+ImwO"  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 85X^T]zo  
 探测器 Ea3tF0{  
— 功率 1]kk  
— 视觉评估 >,9t<p=Q  
 建模/设计 8G@FX $$Q  
— 光线追迹：初始系统概览 wbpxJtJB  
— 几何场追迹+(GFT+)： O/5W-u  
 窄带单色仪系统的仿真 JD>!3>S)?  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 7>4t{aRf_8  
?e ~*,6  
2.系统说明 ?W|POk}  
]>:>":<:  
J5\> 8I,a  
C=Zuy^  
3.系统参数 &v`kyc  
: Z.mM5  
5<S1,u5  
}cf-r>WaR  
Cz(PjS  
4.建模/设计结果 Ex Qld  
.p5*&i7  
6suc0  
Rp|:$5&nE  
总结 '|+_~ZO*d  
vXf#gX!Y  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 Vt&I[osC  
1. 仿真 K;Xn!:) V:  
以光线追迹对单色仪核校。 WRnUF[y+)  
2. 研究 H
1@"Yg8  
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。 6?Wsg`9  
3. 应用 UC0 yrV  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 $~2Ao[  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 vD*KJ3(c  
DQRt\!  
应用示例详细内容 m1cyCD  
系统参数 ~7k b4[  
 Ne4A  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 6$zUFIk  
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。 $~j]/U  
Wl,yznT  
K[9<a>D`  
gi`ZFq@  
2. 系统参数 'dg OE  
II2oV}7?  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 VP"L_Um  
V2bod=&Lc  
c[YC}@l%a  
@GEvI2Vf.0  
3. 说明：平面波(参考)
W}e5 4-lu  
,p2 Di  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 %AJdtJ@0H  
@!Pq"/  
g_q{3PW.  
~p8!
Kb6  
4. 说明：双线钠灯光源 Z<wg`  
Qejzp/2  
5yQgGd)  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 qv<VKJTi6]  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 !nd*U}q  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 p&q&Fr-  
;<*VwXJR  
U@*z#T#"m  
3}vlj:L  
5. 说明：抛物反射镜 c2i^dNp_  
xo*a9H?@  
rVO+ vhih  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 ]02V,'x  
 出于此目的，在VirtualLab库目录中选择离轴抛物面反射镜(楔形)组件。 5-sxTp  
<vAg\Tv:S  
4iw+3 Q|  
?$gEX@5h  
y@(U6ZOyx  
"B\qp"N  
6. 说明：闪耀光栅 18`?t_8g  
AKHi$Bk  
)QKZI))G0  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 >yaz  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 yNqrL?i  
3}sd%vCK  
Ltu
;sw  
[bZXzV(  
FPu,sz8  
_E1:3N|  
7. Czerny-Turner 测量原理 u=4tW:W,  
m*(8I=]q  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 VfQSfNsi  
_[.`QW~  
:${Lm&J  
g.veHh|;_  
\ET7  
8. 光栅衍射效率 N
(43+  
g{i(4DHm(  
3n,F5?!m  
 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。 VbZZ=q=Kd  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 ,H|V\\  
 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) PsTwJLY   
MN#\P1  
p( z.[  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd 0uj3kr?cv  
b>o38(  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 K)&AR*Tc  
v_b%2;<1  
`"  
=i `o+H  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 d^,u"Z9P  
T[c;},  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 7q(RQQp  
|J8c|h<  
%SIbpk%  
tNq~M  
 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)。 2o6%P}C  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 rFGbp8(2  
XC~
|{d  
应用示例详细内容 uN'e~X6  
tLLP2^_&  
仿真&结果 sv =6?uYW  
dMYDB  
1. 结果：利用光线追迹分析 T,5]EHe
a  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 zsWYV n]  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 rZ *}jD[  
z#*fELV  
Kc0KCBd8];  
1_f(;WOg  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd wOn.m  
7RDfhKdb  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ss.wX~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)。 QYDSE  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， F!'y47QD  
y&UcTE2;%(  
 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。 Q.@9"&)t  
8|HuxE  
e'p'{]r<w  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms 0)+F}SyyD  
)}tI8  
3. 衍射效率的评估 H
W)> `  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 E&/#Ov  
'0lX;z1  
7gNJ}pLDx  
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。 VPet1hAy  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ;&oS=6$  
0p)#!$  
4. 结果：衍射级次的重叠 xhWWl(r`5  
 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。 [}|x@ v9  
 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)。 V+(1U|@~  
 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。 wa5wkuS)ld  
 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) pxDkf|*  
 光栅方程： 59 R;n.Q  
% tTL  
[RoOc)u  
$qV, z  
iz.J._&  
5. 结果：光谱分辨率 ]QlgVw,  
,( u-x!  
!:]CKbG  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run !{>'jvH  
bbCH(fYbu  
6. 结果：分辨钠的双波段 Arc6d5Q  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 db -h=L|  
   @y]ek/  
'1+s^Q'pc  
4YX/=  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 i&=I5
$  
{<+B>6^  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run H65><38X/  
]Dec/Nnj  
7. 总结 W|'7)ph  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 4z%::?  
1. 仿真 _UI*W&*  
以光线追迹对单色仪核校。 hg4d]R,  
2. 研究 H{hd1  
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。 41Ga-0p  
3. 应用 A{NKHn>%`  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 g\%;b3"#  
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。
",O |uL  
扩展阅读 oN({X/P2j  
1. 扩展阅读 Cw$0XyO  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 #0kVhx7%  
EdcbWf7  
 开始视频 /oL& <
e  
- 光路图介绍 8L1vtYz  
- 参数运行介绍 *uW l 804  
- 参数优化介绍 Z mVw5G q  
 其他测量系统示例： fJ<I|ZZ  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) .bYZkO:oy  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) yzyBr1s  
#z6[8B  
<$z6:4uN_  
QQ：2987619807  3-~*  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习