[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) CTG:C5OK  
S^Lu RF]F  
应用示例简述 8R) 0|v&;  
Ly7|:IbC  
1.系统说明 W7_j;7'  
,u:J"epM  
 光源 n7J6YtUwP  
— 平面波(单色)用作参考光源 zmw <y2`  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 4Pbuv6`RK  
 组件 
&^v5 x"  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 kkyi`_ZKn  
 探测器 \ r^#a  
— 功率 #GJ{@C3H8Q  
— 视觉评估 *t)Y@=k3>  
 建模/设计 ]f3[I3;K  
— 光线追迹：初始系统概览 R 2{kS  
— 几何场追迹+(GFT+)： p>g5WebBN  
 窄带单色仪系统的仿真 BrHw02G  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 r~q(m>Ct6  
 ^n5rUwS>  
2.系统说明 k3HPY}-  
R
;G"LT  
X6hp}  
nOH x^(
 
3.系统参数 0:CIM  
u%o]r9xl'  
8NE+G.:G  
s9Tp(Yr,k  
Rz #&v  
4.建模/设计结果 ^Uj\s/  
_5t~g_(1OK  
2@A%;f0Q  
zF)&o}  
总结
D?Mj<||  
l"{1v~I  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 I)JqaM  
1. 仿真 vj_[LFE  
以光线追迹对单色仪核校。 ?g6xy[  
2. 研究 v_ U$jjO1  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 D(' w<9.  
3. 应用 iF_#cmSy$  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 xy^t_];X  
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。 **D3.-0u&  
'{[n,xeR  
应用示例详细内容 FQ3{~05T  
系统参数 __3s3YG  
yx@%x?B  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 2`[iTBZ=^  
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。 9W7 ljUg  
Qf>$'C(7!a  
tbH`VD"u  
,Vc>'4E-  
2. 系统参数 e}PJN6"5  
6dNW2_  
元件在1m范围内的距离与非常窄的入瞳孔径进行结合以确保单色仪/光谱仪的高光谱分辨率。 h:4Uv}Z  
9sgyg3fv>5  
MzRliH8e  
R [[ #r5q  
3. 说明：平面波(参考) TI<?h(*R_  
S{0iPdUC  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 ev{;}2~V  
4eRV?tE9  
4GN  
>, 9R :X(  
4. 说明：双线钠灯光源 _<8~CWo:  
Qvx[F:#Tk  
-5 Q gJ  
 为了增强光谱仪的光谱分辨率，对钠灯的双波长特性进行研究。 f i_'Ny>#  
 双波长通过旋转轨道的相互作用分离，表现为具有515GHz频率差异(波长差为0.6nm)。 [Zpx :r}  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 <Wwcd8d  
B1U<m=Y  
 EL$"/ptE  
w<P$)~6  
5. 说明：抛物反射镜 Fcz}Gs4  
$!ATj`}kb  
.XVW2ISv  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 +NT8dd  
 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。 )&") J}@  
na4^>:r~  
j1141md5  
Sc/\g  
SZ&I4-  
TOx >Z  
6. 说明：闪耀光栅 J
qp;8DV}  
]_EJ "'x  
JS^QfT,zE  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 qj#C8Tc7  
 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 i[#XYX'\  
'O+)[D  
j`o_Stbg  
g.wDg  
? koIZ  
yP^C)  
7. Czerny-Turner 测量原理 z#|tcHVFT  
I)AbH<G{  
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。 t9\}!{<s  
)s~szmJoVD  
$[xS>iuD  
^D5+S`V  
; "K"S[  
8. 光栅衍射效率 7KlS9x2  
iRIO~XVo  
v[+ ]  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 ]=Dzr<*v  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 i!i=6m.q7  
 3个不同波长的不用的衍射效率的归一化强度：(可被测量系统的计算视为如此) U(rY,4'  
U^&,xz$Cg  
(~ `?_  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd "2=v:\~=  
MfU0*nVF~  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 r?$V;Z  
=MjkD)l  
Gpf9uj%  
*Tum(wWZ  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 8n"L4jb(:  
_C
54l  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 Fxx-2(U  
/iw$\F |8  
hQ@E2Xsv  
'D:R]@eK]  
 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)。 #;])/8R%  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 QF4)@ r{2x  
WI6h G  
应用示例详细内容 |*%i]@V=  
(&!RX.i  
仿真&结果 x+8%4]u`  
I&wJK'GM`  
1. 结果：利用光线追迹分析 {%+UQ!]d8  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 r]=Z :  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 `V2doV)  
!!+LFe4su  
zhgvqg-  
~$jRn(2  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd P}=U #AV4  
\#!B*:u  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 mfx-Ja_a  
 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)。 cb5T-'hY  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， .x'?&7#(  
_A~>?gJ;,  
 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。 2(2UAB"u  
_-|+k  
"SA*  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms T"/dn%21  
GMlJM  
3. 衍射效率的评估 iyv
5\  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 Gzc`5n{"  
%z6_,|%  
<8ih >s(C  
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。 KU^|T2s%  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd J-z<&9  
~~3*o  
4. 结果：衍射级次的重叠 GmH`ipi  
 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。 5VSc5*[  
 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)。 O$7
cN\Z  
 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.b?Jz
j  
 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) CI1K:K AM  
 光栅方程： jbe_r<{  
+GEdVB  
&S39SV  
/5X_gjOL,  
>VppM  `  
5. 结果：光谱分辨率 aMJJ|iiU  
E(_lm&,4+  
Tm2+/qO,  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run uT>"(wnJ|  
D `av9I  
6. 结果：分辨钠的双波段 QYEGiT   
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 u s8.nL/  
   u{cb[M  
n?QglN  
8p#V4liE  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 (6i4N2  
Te`MIR  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run dKY#Tl]  
7NkMr8[}F  
7. 总结
,0eXg
 
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 kDG?/j90D  
1. 仿真 VAp 1{  
以光线追迹对单色仪核校。 uANpqT}!  
2. 研究 qIxe)+.  
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。 oA8A @,-L  
3. 应用 &79F Uac  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 <Y"HCa{  
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。 c`/kx  
扩展阅读 %'/^[j#

 
1. 扩展阅读 yZ)-=H  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 @O|`r(le  
I%{ 1K+V/  
 开始视频 t]T't='
  
- 光路图介绍 }}l jVUpC%  
- 参数运行介绍 0./Rdf=-1j  
- 参数优化介绍 U,lO{J
[T  
 其他测量系统示例： S263h(H  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) j Y(|z*|  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) 7=s7dYlu  
B>[myx  
EHfB9%O7y  
QQ：2987619807 !b$]D?=}  

楼上你有图中的仿真文件么

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