摘要

在氣體光譜學(xué)中，為了獲得足夠靈敏的吸收測量，通常要求具有較長的光程長度。充氣體積包裹在反射鏡之間的多通道單元是滿足這一要求的一種方式，同時(shí)在途中控制光束發(fā)散，避免了對超大設(shè)備的需求。Herriott單元是這種系統(tǒng)的一個(gè)例子，其特點(diǎn)是使用兩個(gè)球面反射鏡，在其中一個(gè)球面反射鏡上鉆一個(gè)離軸孔，以允許光束進(jìn)出。鏡子的曲率改變了光束的方向并控制了它的發(fā)散。在此用例中，我們用光學(xué)建模和設(shè)計(jì)軟件VirtualLab Fusion研究了Herriott單元的模擬。

任務(wù)描述

*參數(shù)來自：

Old, J. G., K. L. Gentili, and E. R. Peck. "Dispersion of carbon dioxide." JOSA 61.1 (1971): 89-90.

Wei, Peng-Sheng, et al. "Absorption coefficient of carbon dioxide across atmospheric troposphere layer." Heliyon 4.10 (2018): e00785.

建模技術(shù)的單平臺互操作性

當(dāng)光束在復(fù)雜的系統(tǒng)中傳播時(shí)，每個(gè)光束都與截然不同的光學(xué)元件相互作用。因此，精確的模型需要算法的無縫互操作性，以便能夠處理光束傳播過程中出現(xiàn)的所有方面：

 自由空間傳播

 單元反射鏡處的反射

 通過孔的傳播

 探測器

連接建模技術(shù)：自由空間傳播

 自由空間傳播

 單元反射鏡處的反射

 通過孔的傳播

 探測器

可用的自由空間傳播建模技術(shù):

在這種特定情況下，衍射效應(yīng)可以忽略不計(jì)，因?yàn)闆]有光闌的硬邊效應(yīng)。考慮到這一點(diǎn)，選擇幾何傳輸來快速模擬系統(tǒng)

連接建模技術(shù)：反射鏡

 自由空間傳播

 單元反射鏡處的反射

 通過孔的傳播

 探測器

在 Herriott單元的情況下，我們必須處理曲面，并且在系統(tǒng)中沒有焦點(diǎn)區(qū)域。因此，局部平面界面近似(LPIA)提供了最佳的速度和精度特性。

圓錐反射鏡

在光導(dǎo)元件中，可以在表面上定義應(yīng)用不同于界面其余部分的建模技術(shù)區(qū)域。我們使用這個(gè)特性來模擬在單元的第一個(gè)反射鏡上鉆的孔，以允許光束進(jìn)出。為了模擬鏡面的球形，我們選擇圓錐常數(shù)為0的圓錐曲面。

連接建模技術(shù)：孔

 自由空間傳播

 單元反射鏡處的反射

 通過孔的傳播

 探測器

在我們的例子中，光束足夠窄，不會(huì)與整個(gè)孔相互作用，因此，函數(shù)方法就足夠了。

孔

第一反射鏡上的孔建模為一個(gè)理想的透射光柵，定義在一個(gè)圓形區(qū)域中，只有0級透射激活。對于這個(gè)級次，我們手動(dòng)指定了100%的效率，以復(fù)制孔的功能。

二氧化碳

當(dāng)使用材料目錄中沒有的材料時(shí)，可以使用可編程材料對其進(jìn)行編程。

連接建模技術(shù)：探測器

 自由空間傳播

 單元反射鏡處的反射

 通過孔的傳播

 探測器

完全靈活的探測器建模不同物理值，包括例如輻射能量密度。

參數(shù)耦合

模擬結(jié)果

光線追跡結(jié)果

光線&場追跡結(jié)果

場追跡結(jié)果（反射鏡距離為84mm）

更多內(nèi)反射

場追跡結(jié)果（反射鏡距離為50mm）