[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) 0rF{"HM~  
GQq2;%RrF  
应用示例简述 8USF;k  
J3C"W794}  
1.系统说明 z1s9[5  
[}.OlR3)  
 光源 7,Nd[ oL*7  
— 平面波(单色)用作参考光源 rqifjsv  
— 钠灯(具有钠的双重特性) \T>f+0=4  
 组件 !YCYmxw#  
— 光阑(狭缝)，抛物面反射镜，闪耀光栅 gwNv;g  
 探测器 ZfS-W&6Z  
— 功率 q_JES4ofx  
— 视觉评估 EFhe``  
 建模/设计 [@Y?'={qE  
— 光线追迹：初始系统概览 {R\"x|  
— 几何场追迹+(GFT+)： O]`CSTv'_  
 窄带单色仪系统的仿真 '\P6NszY~  
 为分辨特定光谱曲线进行整个光谱的高分辨率分析
^,@Rd\q  
7h,SX]4Q  
2.系统说明 4k}u`8 a  
BoXQBcG]w  
!'MZeiLP  
]QRhTz  
3.系统参数 6*Rz}RQ  
os"o0?  
c1Xt$[_  
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73  
&?v^xAr?B  
4.建模/设计结果 #X`j#"Ov2(  
^I@43Jy/  
u9_ Fjm}&  
NbSkauF~b  
总结 P'
R!" #  
wYPJji D  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 C([TolZ  
1. 仿真 }qRYXjS  
以光线追迹对单色仪核校。 PohG y  
2. 研究 YOd0dKe  
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。 7&qunK'  
3. 应用 <T,vIXwu+  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 C5$1K'X@  
可以通过使用VirtualLab对复杂的光谱系统,比如Czerny-Turner进行详尽的研究。 twq!@C  
]`b/_LJN$F  
应用示例详细内容
9m/v^  
系统参数 =LC:1zn4  
aTxss:7]  
1. 仿真任务：Czerny-Turner干涉仪 TkM8GK-3  
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。 bODCC5
yL  
jA?A)YNQb  
c=0S]_  
l q~^&\_#  
2. 系统参数 7LbBS:@3z_  
.i) H1sD  
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。 BRLrD/8Le  
xrs?"]M[  
ZBUEg7c  
 olB?"M=H  
3. 说明：平面波(参考) v[E*K@6f  
d,tGW  
 采用单色平面光源用于计算和测试。 p8aGM-+40W  
kI<;rP1S|  
2v\,sHw+-  
G~5EAeG  
4. 说明：双线钠灯光源 dDK4
I3a  
1RgtZp%  
["TUSf]  
 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。 l 8qCg/ew  
 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)。 d"`/P?nx  
 由于低气压灯的扩展发射区域，钠灯可视为平面波。 t6(LO9Qc  
!<BJg3  
S~X&^JvT  
Xn@\p5<  
5. 说明：抛物反射镜 q~]S5  
-.<fGhmU  
O9?t,1  
 利用抛物面反射镜以避免球差。 n;+CV~  
 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。 jeXP|;#Una  
'Z5l'Ac  
GrPKJ~{6  
dCc"Qr[k  
JcV'O)&
  
(cAWT,  
6. 说明：闪耀光栅 RdaAS{>Sk  
Hz~?"ts@;  
u5zL;C3O  
 采用衍射元件用于分离所研究光源的光谱波长。 &B?TX.  
 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 @`
t#Bi9  
HEh,Cf7`'  
@D1}).  
goBl~fqy0  

s2F<H#  
\vwsRT 1  
7. Czerny-Turner 测量原理 F/O5Z?C?  
b* (~8JxZ  
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。 wzX(]BG  
 ja!K2^  
0>{&8:  
T1$=0VSEa+  
W;L<zFFbU)  
8. 光栅衍射效率 E&>3{uZI  
)bqSM&SO  
^i+ d3  
 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。 'C[{cr.`  
 因此，每一个波长的效率可视为独立的。 (dvsGYT|.  
 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) zy8Z68%E`*  
E3hql3=  
m{#?fR=9  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_01_Diffraction_Efficiency.lpd *~Y$8!ad  
2-G6I92d  
9. Czerny-Turner系统的光路图设置 C?dQ QB$  
]? 2xS?vd  
y0}3s)lKv  
}`fFzb
  
 由于VirtualLab的相对位置系统，只设置了沿Z轴方向的距离。 =bKz$ _W  
 _"0,  
10. Czerny-Turner 系统的3D视图 S2+X/YeB  
n<,:;0{  
TwfQq`  
l7T@<V  
 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)。 dMd2a4  
 不仅如此，距离减到0.1倍是为了提高视图的可观察性。 G.{)#cR  
r,cz yE/  
应用示例详细内容  {4]sJT  
o,NTIh  
仿真&结果 vM3 b\yp  
yV.E+~y  
1. 结果：利用光线追迹分析 +4 W6
{`  
 首先，利用光线追迹分析光在光学系统中的传播。 <ztcCRov  
 对于该分析，采用内嵌的光线追迹系统分析器。 xVnk]:c  
reP)&Fo  
e};\"^HH  
Ty&O
k*  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_02_RT.lpd #3~hF)u&/  
6[x6:{^J  
2. 结果：通过虚拟屏的扫描 JX)%iJq#  
 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)。 ^QG;:.3v  
 采用VirtualLab中的参数耦合功能连接波长和光栅的倾斜角度， XfZ^,'z  
l@W1bS  
 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。 aw\0\'}  
w|,BTM:e  
#r,LV}*qg  
animation: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_VIS_Scan.bms *`]#ntz9  
5mqwNAv  
3. 衍射效率的评估 5jNDr`pnu  
为选择合适的仿真引擎，必须考虑孔径衍射效应的影响。 \8^c"%v,:  
xfzGixA  
XG!s+ShFV  
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。 0rrNVaM  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_03_Diffraction_Effects.lpd 
1 !8 b9  
).$q9G  
4. 结果：衍射级次的重叠 E+"m@63  
 因为光栅用于分离多谱段(如可见光)，所以不同衍射级次可能发生重叠。 eAl;:0=%L  
 VirtualLab的光栅组件可以计算所有期望的衍射级次(包括利用傅里叶模态法计算衍射效率)。 Bj`ZH~T  
 0级衍射并不分散，但2级衍射相对于1级衍射表现出较大的发散角。 zn)Kl%N^  
 通过光栅参数和光栅方程的计算可发现重叠为760nm(1级)和380nm(2级) huat,zLS  
 光栅方程： +tCNJ<S@l$  
y_:~  
(3VV(18  
*
Y]()#?Gr  
i-FsA  
5. 结果：光谱分辨率 S x0QPX  
,ZWaTp*D/  
PZ.q  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_06_Resolution.run ~Gj%z+<  
o;"Phc.  
6. 结果：分辨钠的双波段 "o}}[hRP  
 应用所建立单色仪分辨钠的双波段特性。 ))xP]Muv  
   #a+*u?jnnL  
&YOks.k  
b?]Lx.l-  
设置的光谱仪可以分辨双波长。 D.ERt)l>  
xH4Qv[k Q7  
file used: MSY.0003_Czerny-Turner_Mono_07_Sodium.run Qq{>]5<  
0-at#r:  
7. 总结 8`B]UcL)  
模拟并分析了Czerny-Turner单色仪及并将其用于光谱研究中。 cCBYM  
1. 仿真 ?,z/+/:  
以光线追迹对单色仪核校。 o>jM4sk$  
2. 研究 Wz+7CRpeP  
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。 }!9KxwC(  
3. 应用 X:kr$  
应用真实的Czerny-Turner单色仪分辨了钠灯的双波长特性 ZW@%>_JR]  
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。 a+=.
(g  
扩展阅读 x_oiPu.V  
1. 扩展阅读 ] ^s,  
以下文件给出了在VirtualLab中如何设置测量系统的更多细节。 PBOZ^%k  
htu(R$GSM  
 开始视频 
!XQq*  
- 光路图介绍 $2/v8  
- 参数运行介绍 UAEu.AT  
- 参数优化介绍 ~]V}wZt>h  
 其他测量系统示例： chakp!S=  
- 马赫泽德干涉仪(MSY.0001) Me2qOc^Z-  
- 迈克尔逊干涉仪(MSY.0002) rH
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