[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) `;s#/`c|/  
ipRH.1=  
应用示例简述 R\u5!M$::  
{-)I2GJav  
1.系统说明 Tx$bg(  
(Ii+}Mfp  
 光源 'FG@Rg(  
— 平面波(单色)用作参考光源 |7miT!y8  
— 钠灯(具有钠的双重特性) lygv#s-T  
 组件 !WD^To  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 mr XmM<  
 探测器 ^`9O$.'@  
— 功率 CEI.*Iywu  
— 视觉评估 qI2&a$Zb$  
 建模/设计 )6U^!95  
— 光线追迹：初始系统概览 6[a;83  
— 几何场追迹+(GFT+)： lMjeq.5nP  
 窄带单色仪系统的仿真 o-<.8Z}>at  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 gt(!I^LHYc  
-&LF`V&3w  
2.系统说明 @dhnpR:L  
%?O$xQ.<  
}Q;^C  
6dqI{T-i?  
3.系统参数 OT3
~5j1[  
\~>7n'd ]  
AK$i0Rn;pm  
+!-U+W  
wG&rkg";#  
4.建模/设计结果 hsZ@)[/:  
ded:yho  
xL!@$;J  
@F!oRm5  
总结 *#
o2b-[V  
>q1rdq  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 EzXi*/  
1. 仿真 yOm#c>X  
以光线追迹对单色仪核校。 "1-z'TV=  
2. 研究 G~zP&9N|  
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。
"0?"
E\  
3. 应用 T$o;PJc  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 n,b6|Y0  
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。 81S0:=   
vF'Y; M  
应用示例详细内容 -)!;45  
系统参数 d{c06(#_  
TA!6|)BUW  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 7_
5-gtD  
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。 'LLpP#(  
`_<O_  
8}|!p>  
D4U<Rn6N_5  
2. 系统参数 zkHyx[L  
<-=g)3_  
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。 d@+u&xrd  
@8|i@S@4  
C=P}@|K  
$`"$ZI6[  
3. 说明：平面波(参考) O|0,= 5  
6G>loNM^  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 YZ/2:[b  
0Q:l,\lY  
E5t /-
4  
*30T$_PiX|  
4. 说明：双线钠灯光源 H:,Hr_;nC  
kntULI$`  
UZ7ukn-  
 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。 OBnvY2)Ri  
 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)。  cjf_,x  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 ~p\r( B7G  
n<DZb`/uHZ  
cf*SWKs  
W%<z|  
5. 说明：抛物反射镜 }n?D#Pk,  
T)Pr%kF  
!w:pb7+G  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 3Hhu]5  
 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。 X="]q|Z  
DWk2=cO  
NdM \RD_R  
#e&LyYx4  
smqUFo  
4'H)h'#C  
6. 说明：闪耀光栅 F2dwT  
t7,**
$ST  
fY 10a_@x  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 ]N6
UY  
 通过使用闪耀光栅，可以对期望衍射级次的衍射效率进行优化 nSq$,tk(  
N'I9J?e Q  
vW5>{
  
v
'SqH,=d  
Q@cYHFi~+  
OwLJS5r@<-  
7. Czerny-Turner 测量原理 <(BIWm*  
8j8~?=$a6Q  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 j&`D{z-c~  
F-2Q3+7$  

dXDuO  
5)p!}hWs  

x=V3_HI/}  
8. 光栅衍射效率 7E R!>l+  
Lcf]  
m0JJPB
p  
 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。 qmq#(%Z <W  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 be>KG ZU0  
 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) BqDOo(%1)  
, 4@C%  
*)Pb-c
 
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd cEEnR1  
X'usd$[.  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 |i- S}M  
Q-||A  
@mEB=X(-l=  
9zaSA,}  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 6bBNC
2K$-  
]O&yy{yYK  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 ;:P}s4p  
zu``F]B  
{N@tJ,Fh{  
-9$.&D|  
 增大平面波光源和孔径的距离仅是为了更清晰的显示3D视图(可在光路编辑器中实现)。 uEyus96 +  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 n/+G^:~_  
>%85S>e  
应用示例详细内容 Uk4G9}I  
aTE;Gy,W  
仿真&结果 Sh7
ob2  
m<|fdS'@  
1. 结果：利用光线追迹分析 ^PowL:  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 q(}
#{OO  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 3s_$.  
H@`lM~T[  
)D ':bWP  
gOkum_  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd i [6oqZ  
@0iXqM#jH  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 ]!cLFXa  
 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)。 'UB"z{w%  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， &;$- &;  
qino:_g  
 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。 [.>g.p,;  
]?~[!&h  
zO3}c3D~q  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms Ikgia:/-Z  
laaoIL^  
3. 衍射效率的评估 H2E'i\  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 &(~"OD  
~{[,0,lWU  
+=(@=PJ6  
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。 L7s _3\  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd zc!q a"4yM  
9D51@b6k  
4. 结果：衍射级次的重叠 xd]7?L@h.I  
 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。 |}<!O@<|  
 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)。 I.)9:7  
 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。 GD#W=O  
 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) ` NWmwmWB"  
 光栅方程： Ir3|PehB  
ux>LciNq  
| @p  
da5fKK/s  
B-tLRLWn   
5. 结果：光谱分辨率 O\^D 6\ v  
G3de<?K.[V  
AI3\
eH+  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run c.h_&~0qf  
!&Us^Q^  
6. 结果：分辨钠的双波段 pcPRkYT[M  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 $>=w<=r|;  
   WmZ,c_  
}xytV5a^  
o.>Yj)U  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 PsI{y&.  
!24g_R[3"  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run 'd9cCQ}  
(.~'\@  
7. 总结 ~D!Y] SK  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 5z9'~Gfb  
1. 仿真 &Y$)s<u8.  
以光线追迹对单色仪核校。 ufS0UD8%H  
2. 研究 P:c'W?  
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。 Owm2/  
3. 应用 k1;Jkq~  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 q%wF=<W  
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。 #5_pE1  
扩展阅读 a,\GOy(q{  
1. 扩展阅读 H^8t/h  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 gBE1aw;  
$lf\1)B~*  
 开始视频 `-<m#HF:)d  
- 光路图介绍 ;V)94YT  
- 参数运行介绍 6>-Gi  
- 参数优化介绍 =N{-lyr)  
 其他测量系统示例： f9J]-#Iif  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001)
*uMtl'  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) lK #~lC  
~Ec@hz]js  
mNr<=Z%b  
QQ：2987619807 a|@1RH>7H  

楼上你有图中的仿真文件么

想学习