摘要

在氣體光譜學(xué)中，為了獲得足夠靈敏的吸收測(cè)量，通常要求具有較長(zhǎng)的光程長(zhǎng)度。充氣體積包裹在反射鏡之間的多通道單元是滿(mǎn)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(duì)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(lái)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(tái)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(wú)縫互操作性，以便能夠處理光束傳播過(guò)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(guò)孔的傳播

? 探測(cè)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(guò)孔的傳播

? 探測(cè)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](méi)有光闌的硬邊效應(yīng)。考慮到這一點(diǎn)，選擇幾何傳輸來(lái)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(guò)孔的傳播

? 探測(cè)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(méi)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(lái)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(guò)孔的傳播

? 探測(cè)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(jí)透射激活。對(duì)于這個(gè)級(jí)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(méi)有的材料時(shí)，可以使用可編程材料對(duì)其進(jìn)行編程。

連接建模技術(shù)：探測(cè)器

? 自由空間傳播

? 單元反射鏡處的反射

? 通過(guò)孔的傳播

? 探測(cè)器

完全靈活的探測(cè)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(chǎng)追跡結(jié)果

場(chǎng)追跡結(jié)果（反射鏡距離為84mm）

更多內(nèi)反射

場(chǎng)追跡結(jié)果（反射鏡距離為50mm）