[VirtualLab] 通过法布里珀罗标准具研究钠原子光谱D线

摘要

法布里-珀罗标准具广泛应用于激光谐振器和光谱的敏感波长滤波。通常，它们是由具有两个高反射性（HR）膜层的平面组成，中间有空气或玻璃。在本例中，建立了一个中间介质为石英的光学测量系统来实现在VirtualLab Fusion中测量钠原子光谱D线。利用我们的无缝衔接的非序列单平台互操作性，充分考虑了标准具中多次反射引起的干涉效应，并研究了添加膜层的反射率后对条纹对比度的影响。

建模任务

仿真与设置：单平台互操作性

建模技术的单平台互操作性

当光在系统中传播时，它会遇到不同的组件并相互作用，在传播的不同位置可能会有多个相互作用。以下每个元件都需要一个合适的模型来提供精度和速度之间的良好平衡：

1. 光源（钠原子光谱D线）

2. 高反射膜层

3. 标准具

4. 自由空间传播

5. 球面透镜

6. 探测器

连接建模技术：膜层

1. 光源（钠原子光谱D线）

2. 高反射膜层

3. 标准具

4. 自由空间传播

5. 球面透镜

6. 探测器

膜层/多层系统的建模技术：

由于s矩阵求解器完全在频域上工作，因此应用该求解器不需要在空域和频域之间转换的额外步骤（傅里叶变换）。这允许在保持严格的模型的同时实现最快的模拟速度。

有高反射（HR）膜层的标准具

对于膜层的标准具表面，我们使用分层介质组件，因为它为x，y不变的层堆栈提供了一个快速和严格的解决方案。膜层定义为二氧化钛和二氧化硅薄膜交替，其反射率随着迭代次数的增加而增加。关于分层介质组件的更多信息如下：

分层介质组件

连接建模技术： 标准具

1. 光源（钠原子光谱D线）

2. 高反射膜层

3. 标准具

4. 自由空间传播

5. 球面透镜

6. 探测器

由于与表面的相互作用已经经过膜层求解器处理，所有标准具剩下只有一个自由空间的传播步骤。由于我们不期望衍射效应发挥主要作用，因此选择几何传播计算方式获得最大的速度。

连接建模技术：自由空间传播

1. 光源（钠原子光谱D线）

2. 高反射膜层

3. 标准具

4. 自由空间传播

5. 球面透镜

6. 探测器

可用的自由空间传播的建模技术：

同样的原理也适用于其他的自由空间传播步骤。

连接建模技术：球面透镜

1. 光源（钠原子光谱D线）

2. 高反射膜层

3. 标准具

4. 自由空间传播

5. 球面透镜

6. 探测器

可用的与曲面的交互作用的建模技术：

由于薄元近似（TEA）假设薄元件，而函数方法不包括菲涅耳损失，局部平面界面近似（LPIA）提供了速度和精度之间的最佳折衷。

连接建模技术：探测器

1. 光源（钠原子光谱D线）

2. 高反射膜层

3. 标准具

4. 自由空间传播

5. 球面透镜

6. 探测器

VirtualLab Fusion的灵活通用探测器以及各种参数变化工具允许对任何光学系统进行深入研究。在此案例中，我们想测量探测器处的辐射能量密度，并研究其与膜层的波长和反射率的关系。

仿真结果

两个频谱线的可视化

策略和膜层反射率

单波长

588.9950 nm

内部共振增强

整体传输将在共振波长的倍数处达到峰值。这些曲线的确切形状也取决于镀在标准具表面的膜层的反射率。请注意，在我们的案例中，使用了真实的膜层。根据设计，反射率较高的膜层有更多的层，因此更厚，这改变了标准具两个表面之间的距离。这导致了共振峰的轻微偏移。

注：传输值来自空气模式的中心。