[VirtualLab] Herriott池的建模

摘要

在气体光谱学中，为了获得足够灵敏的吸收测量，通常要求具有较长的光程长度。充气体积包裹在反射镜之间的多通道单元是满足这一要求的一种方式，同时在途中控制光束发散，避免了对超大设备的需求。Herriott单元是这种系统的一个例子，其特点是使用两个球面反射镜，在其中一个球面反射镜上钻一个离轴孔，以允许光束进出。镜子的曲率改变了光束的方向并控制了它的发散。在此用例中，我们用光学建模和设计软件VirtualLab Fusion研究了Herriott单元的模拟。

任务描述

*参数来自：

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.

建模技术的单平台互操作性

当光束在复杂的系统中传播时，每个光束都与截然不同的光学元件相互作用。因此，精确的模型需要算法的无缝互操作性，以便能够处理光束传播过程中出现的所有方面：

 自由空间传播

 单元反射镜处的反射

 通过孔的传播

 探测器

连接建模技术：自由空间传播

 自由空间传播

 单元反射镜处的反射

 通过孔的传播

 探测器

可用的自由空间传播建模技术:

在这种特定情况下，衍射效应可以忽略不计，因为没有光阑的硬边效应。考虑到这一点，选择几何传输来快速模拟系统

连接建模技术：反射镜

 自由空间传播

 单元反射镜处的反射

 通过孔的传播

 探测器

在 Herriott单元的情况下，我们必须处理曲面，并且在系统中没有焦点区域。因此，局部平面界面近似(LPIA)提供了最佳的速度和精度特性。

圆锥反射镜

在光导元件中，可以在表面上定义应用不同于界面其余部分的建模技术区域。我们使用这个特性来模拟在单元的第一个反射镜上钻的孔，以允许光束进出。为了模拟镜面的球形，我们选择圆锥常数为0的圆锥曲面。

连接建模技术：孔

 自由空间传播

 单元反射镜处的反射

 通过孔的传播

 探测器

在我们的例子中，光束足够窄，不会与整个孔相互作用，因此，函数方法就足够了。

孔

第一反射镜上的孔建模为一个理想的透射光栅，定义在一个圆形区域中，只有0级透射激活。对于这个级次，我们手动指定了100%的效率，以复制孔的功能。

二氧化碳

当使用材料目录中没有的材料时，可以使用可编程材料对其进行编程。

连接建模技术：探测器

 自由空间传播

 单元反射镜处的反射

 通过孔的传播

 探测器

完全灵活的探测器建模不同物理值，包括例如辐射能量密度。

参数耦合

模拟结果

光线追迹结果

光线&场追迹结果

场追迹结果（反射镜距离为84mm）

更多内反射

场追迹结果（反射镜距离为50mm）