摘要

在氣體光譜學中，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，同時在途中控制光束發散，避免了對超大設備的需求。Herriott單元是這種系統的一個例子，其特點是使用兩個球面反射鏡，在其中一個球面反射鏡上鉆一個離軸孔，以允許光束進出。鏡子的曲率改變了光束的方向并控制了它的發散。在此用例中，我們用光學建模和設計軟件VirtualLab Fusion研究了Herriott單元的模擬。

任務描述

*參數來自：

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. 

建模技術的單平臺互操作性

當光束在復雜的系統中傳播時，每個光束都與截然不同的光學元件相互作用。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：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: 

在這種特定情況下，衍射效應可以忽略不計，因為沒有光闌的硬邊效應。考慮到這一點，選擇幾何傳輸來快速模擬系統

連接建模技術：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，并且在系統中沒有焦點區域。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

在光導元件中，可以在表面上定義應用不同于界面其余部分的建模技術區域。我們使用這個特性來模擬在單元的第一個反射鏡上鉆的孔，以允許光束進出。為了模擬鏡面的球形，我們選擇圓錐常數為0的圓錐曲面。

連接建模技術：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，不會與整個孔相互作用，因此，函數方法就足夠了。

孔

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

二氧化碳

當使用材料目錄中沒有的材料時，可以使用可編程材料對其進行編程。

連接建模技術：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。

參數耦合

模擬結果

光線追跡結果

光線&場追跡結果

場追跡結果（反射鏡距離為84mm）

更多內反射

場追跡結果（反射鏡距離為50mm）