[技术]Czerny-Turner单色仪&光谱仪的仿真 [复制链接]

测量系统(MSY.0003 v1.1) v^_mFp-}\  
B-T/V-c7  
应用示例简述 5n ^TR
B  
RNhJ'&SYs  
1.系统说明 OHflIeq#@  
UD)e:G[Gat  
 光源 S>0nx ^P  
— 平面波(单色)用作参考光源 &%_& 8DkG  
— 钠灯(具有钠的双重特性) 'D%w|Pe?Q  
 组件 _C+b]r/E  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 `r_m+
]  
 探测器 ??i4z[0M  
— 功率 }irn'`I  
— 视觉评估 h#hxOVl%x  
 建模/设计 %Jf<l&K.`  
— 光线追迹：初始系统概览 ]Y| 9?9d  
— 几何场追迹+(GFT+)： mnID3=JF  
 窄带单色仪系统的仿真 Cb_oS4vM  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析 \^V`ds*.  
8l"O(B'#Z  
2.系统说明 $L2%u8}8:  
i9D0]3/>  
W},b{NT  
v
i)%$~  
3.系统参数 f(eQ+0D  
$DP&a1'g  
Bs MuQ|!  
"aFhkPdWn  
LjH*rjS4  
4.建模/设计结果 //&j<vus  
+~ #U7xgq/  
;=< ^0hxer  
lMz<s  
总结 0K-*WQ*#9  
Z^9/v  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 }I!hOD>]O  
1. 仿真 0'r%,0  
以光线追迹对单色仪核校。 7 ua6l[c  
2. 研究 t nS+5F  
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
jCzz\  
3. 应用  A, P
lvI  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 Y= 7%+WyD  
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。 P &)1Rka  
S',9g
4(5  
应用示例详细内容 zLD|/`  
系统参数 >l+EJ3W  
$^tv45  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 5`<eKwls  
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。 R4<lln:[  
(#oycj^<  
Cj*-[EL<  
!4rPv\
  
2. 系统参数 Q#Y k?Kv~  
v[lnw} =m9  
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。 0~&"  
0q9>6?=i  
=_[Z W  
s(_+!d6  
3. 说明：平面波(参考) 9Z6C8Jv  
3qQUpm+  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 .]|Zf!>}s  
7rHS^8'H&  
V5D`eX9  
5=KF!?  
4. 说明：双线钠灯光源 Y1dVM]l  
7);:ZpDv%L  
#'hLb  
 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。 c {I"R8  
 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)。 8#` 6M5  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 * \HRw +cL  
2>\\@1  
-n*;W9  
T!Sj<,r+j  
5. 说明：抛物反射镜 \nqo%5XL  
}xlKonk  
RH~3M0'0  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 %So]3;'  
 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。 ZB5?!.ND  
(P==VZQg  
 l>v{  
&!35/:~uD  
!6w{(Rc(C  
Icp0A\L@  
6. 说明：闪耀光栅 dZ:r&Qa  
&HM-g7|C0E  
;5<-)  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 fn9#>~vrD  
 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 TD04/ ISHT  
A6ewdT?>,  
F3Zxhk
F  
g$j6n{Yl  
eSl-9 ^  
-PAF p3w\y  
7. Czerny-Turner 测量原理 rdj@u47  
bO49GEUT _  
通过光栅倾斜角的变化，入瞳的像可经过探测器孔径进行扫描。探测器可以评估光入射的能量。 #/j={*-  
.9LL+d  
H]&!'\aUz  
]2+g&ox4'  
>kdM:MK  
8. 光栅衍射效率 -O&"|   
~hURs;Sb  
v5T9Y-{`  
 VirtualLab的光栅组件可通过傅里叶模态法(FMM)对衍射级次进行严格的计算。 )u@t.)ChAV  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 <?$kI>Ot  
 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) F,G,b  
rbk<z\pc  
R9.HD?H@  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd ZHy><=2  
s?O&ZB2GM[  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 )LswSV  
*kaJ*Ti-/  
1&|Dsrj  
A
|<;  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 xaXV^ZM3  
"@/ba!L+  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 PW_`qP:  
_1JmjIH)M  
&]nd!N  

a'[)9:  
 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)。 L? ;/cO^  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 R@r{  
B-Y+F  
应用示例详细内容 ^now}u9S6  
}(=ml7)v  
仿真&结果 $e/*/.  
v#=ayWgk  
1. 结果：利用光线追迹分析 3.)_uo0;o  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 ?~qC,N[  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 Pi%tsKk%  
ug6r]0]  
96W4c]NT  
E:Y:X~vy  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd gStY8Z!k
 
w2)/mSnu  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 < EXWWrm  
 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)。 C
MqM;1  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， i$#,XFFp~  
Kcn\g.  
 通过该功能给定波长，可以自动设置合适的倾斜角。因此，如为了仿真全谱段，参数运行必须指定波长。 fjkT5LNxk  
zXgkcq)  
|p'i,.(c_W  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms yGV{^?yoP  
,#%SK;1<  
3. 衍射效率的评估 _z:Qhe  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 a-
Fqp4  
<t6d)mJ%  
[i9[Mj  
比较经典场追迹和几何场追迹+可知，由于两者的差别较小，可忽略衍射效应。采用更快速的GFT+引擎用于后续研究。 xL&PJ /'  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd ~}%&p& p  
ork|yj/A  
4. 结果：衍射级次的重叠 K|~AA"I;  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 0HPO"x3-O  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 #f9qlM32  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 /a%KS3>V*  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) I:/4t^%  
 光栅方程： *08+\ed"#  
5xv,!
/@  
Z`"n:'&  
3dU#Ueu  
J]]\&MtaO  
5. 结果：光谱分辨率 #x|VfN5f  
qqD0R*(C  
-~0'a  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run J<-Fua^  
iXnx1w  
6. 结果：分辨钠的双波段 }JJ::*W2n  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 DsG !S*  
   [R$liN99z;  
u dUXc6U  
a5I%RY  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 *hl<Y,W(  
:9O|l)N)W=  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Q}ZBr^*]1e  
R_~F6O^EO  
7. 总结 Z0z)  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 SOYDp;j  
1. 仿真 'iDu0LX  
以光线追迹对单色仪核校。 *q[^Q'jnN  
2. 研究 %$\}z(G  
应用经典场追迹和几何场追迹+引擎对系统的性能进行研究。系统分析中包括采用傅里叶模态法进行光栅效率的严格分析。 nO%<;-=u\  
3. 应用 `v<f}  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 QJ6f EV$~  
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。 B4 <_"0  
扩展阅读 ~vkud+r  
1. 扩展阅读 $$/S8LmmK  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 H;X~<WN&AW  
_]Z$YM  
 开始视频 C!I\Gh  
- 光路图介绍 L7[X|zmy*x  
- 参数运行介绍  aeQ{_SK  
- 参数优化介绍 ),z,LU Yf  
 其他测量系统示例：
00R%  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) s>V*=#L  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) cRPr9LfD@