zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1491Research ArticleАННОТАЦИИ АНГЛОЯЗЫЧНЫХ СТАТЕЙABSTRACTS ENGLISH-LANGUAGE ARTICLESМоделирование трассировки лучей и правил распределения точек для ячеек Херриота с использованием программного обеспечения LightToolsLightTools-Based Ray Tracing and Spot Distribution Rules for Herriott CellsWangW.WangW.

Школа науки и техники безопасности, Отдел по предотвращению стихийных бедствий Министерства образования, 

Сиань Шэньси

School of Safety Science and Engineering, 

Key Laboratory of Mine and Disaster Prevention and Control of Ministry of Education,

Xi’an Shaanxi

wangwf@xust.edu.cnLiuH.LiuH.

Школа науки и техники безопасности, Отдел по предотвращению стихийных бедствий Министерства образования, 

Сиань Шэньси

School of Safety Science and Engineering, 

Key Laboratory of Mine and Disaster Prevention and Control of Ministry of Education,

Xi’an Shaanxi

LiH.LiH.

Школа науки и техники безопасности, Отдел по предотвращению стихийных бедствий Министерства образования, 

Сиань Шэньси

School of Safety Science and Engineering, 

Key Laboratory of Mine and Disaster Prevention and Control of Ministry of Education,

Xi’an Shaanxi

hangli@stu.xust.edu.cnYangB.YangB.

Школа науки и техники безопасности, Отдел по предотвращению стихийных бедствий Министерства образования, 

Сиань Шэньси

School of Safety Science and Engineering, 

Key Laboratory of Mine and Disaster Prevention and Control of Ministry of Education,

Xi’an Shaanxi

ZhaiX.ZhaiX.

Школа науки и техники безопасности, Отдел по предотвращению стихийных бедствий Министерства образования, 

Сиань Шэньси

School of Safety Science and Engineering, 

Key Laboratory of Mine and Disaster Prevention and Control of Ministry of Education,

Xi’an Shaanxi

LiJ.LiJ.

Школа науки и техники безопасности, Отдел по предотвращению стихийных бедствий Министерства образования, 

Сиань Шэньси

School of Safety Science and Engineering, 

Key Laboratory of Mine and Disaster Prevention and Control of Ministry of Education,

Xi’an Shaanxi

ZhangD.ZhangD.

Школа науки и техники безопасности, Отдел по предотвращению стихийных бедствий Министерства образования, 

Сиань Шэньси

School of Safety Science and Engineering, 

Key Laboratory of Mine and Disaster Prevention and Control of Ministry of Education,

Xi’an Shaanxi

RenL.F.RenL.F.

Школа науки и техники безопасности, Отдел по предотвращению стихийных бедствий Министерства образования, 

Сиань Шэньси

School of Safety Science and Engineering, 

Key Laboratory of Mine and Disaster Prevention and Control of Ministry of Education,

Xi’an Shaanxi

Сианьский университет науки и технологийXi’an University of Science and Technology202414022024911163163Copyright © Wang W., Liu H., Li H., Yang B., Zhai X., Li J., Zhang D., Ren L., 20242024Wang W., Liu H., Li H., Yang B., Zhai X., Li J., Zhang D., Ren L.Wang W., Liu H., Li H., Yang B., Zhai X., Li J., Zhang D., Ren L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1491

При рассмотрении проблемы нечетких трассируемых пятен и правил их распределения в процессе проектирования ячейки Херриота проанализированы характеристики газопоглощающих ячеек с длинным оптическим путем, а также метод расчета базовой длины резонатора и эффективного оптического пути газопоглощающих ячеек Херриота. С учетом характеристик пропускания геометрической оптики с помощью программного обеспечения LightTools создана физическая модель прохождения света в ячейках Херриота. Симуляционный анализ выполнен на ячейках Херриота с оптической длиной пути 5 и 14.4 м, определена количественная связь между отношением d/f и количеством пятен, отраженных на вогнутом зеркале, найдены эффективный оптический путь и выходная энергия лазера. Определены размеры и положение вогнутых зеркальных пятен в ячейках Херриота, а также факторы, влияющие на количество отражений. Обнаружено, что количество отраженных пятен с увеличением d/f постепенно уменьшается, что объясняет результаты трассировки света и правила распределения пятен на поверхности зеркала, а также подтверждает точность теории. Результаты исследования служат основой для проектирования и оптимизации системы оптического пути для ячеек Херриота с различной оптической длиной пути.

Focusing on the problem of unclear ray-traced spots and their distribution rules in the design process of the Herriott cell, first, the characteristics of long-optical-path gas absorption cells were analyzed, and the calculation method of basic cavity length and the effective optical path of Herriott gas absorber cells were studied. Second, according to the transmission characteristics of geometric optics, a physical model of light transmission in Herriott cells was established via the LightTools software. Finally, simulation analysis was performed on Herriott cells with 5- and 14.4-m optical paths separately, determining the quantitative relationship between d/f and the number of spots reflected on the concave mirror, and optimizing the effective optical path and output laser energy of the Herriott cells. Through research analysis, the sizes and distribution positions of concave mirror spots in the Herriott cells were identified, as well as the factors affecting the number of reflections. It was also found that the number of reflected spots gradually decreases as d/f increases, revealing the light-tracing results and its spot distribution rule on the mirror surface, as well as verifying the accuracy of the theory. The findings of this study provide a basis for the optical path system design and optimization for Herriott cells with different optical path lengths.

LightToolsячейка Херриотагазопоглощающая ячейкатрассировка лучейраспределение пятенLightToolsHerriottgas absorption cellray tracingspot distributionThis work was supported by the National Key R & D Plan of China (No. 2021YFE0105000), the National Natural Science Foundation of China (No. 52074213), Shaanxi key R & D Plan Project (Nos. 2021SF-472 and 2021GY-131), Yulin Science and Technology Plan Project (Nos. CXY-2020-036 and CXY-2020-037), Science and Technology Fund for outstanding young people of Xi’an University of Science and Technology (No. 2019YQ2-01), Xi’an Science and Technology Plan Project (No. 2020KJRC0068).ReferencesH. Choi, Y. J. Ju, J. H. Jo, J. M. Ryu, 7th Int. Conf. Biomedical Engineering and Biotechnology (CBEB), Technology and Health Care, 27, S397–S406 (2019).H. Choi, Y. J. Ju, J. H. Jo, J. M. Ryu, 7th Int. Conf. Biomedical Engineering and Biotechnology (CBEB), Technology and Health Care, 27, S397–S406 (2019).B. Cao, H. J. Yang, P. Jiang, et al., Opt. Express, 28, No. 12, 17732–17740 (2020).B. Cao, H. J. Yang, P. Jiang, et al., Opt. Express, 28, No. 12, 17732–17740 (2020).D. Das, A. C. Wilson, Appl. Phys. B: Lasers and Optics, 103, No. 3, 749–754 (2011).D. Das, A. C. Wilson, Appl. Phys. B: Lasers and Optics, 103, No. 3, 749–754 (2011).Anonymous, Adv. Ophthalmology, 38, No. 2, 279–282 (1974).Anonymous, Adv. Ophthalmology, 38, No. 2, 279–282 (1974).J. Zhang, Y. Zhu, J. Q. Chen, B. Liang, Spectrosc. and Spectr. Analysis, 30, No. 4, 1030–1034 (2010).J. Zhang, Y. Zhu, J. Q. Chen, B. Liang, Spectrosc. and Spectr. Analysis, 30, No. 4, 1030–1034 (2010).K. Chen, B. Zhang, M. Guo, et al., IEEE Transact. Instrum. Measur., 69, No. 10, 8486–8493 (2020).K. Chen, B. Zhang, M. Guo, et al., IEEE Transact. Instrum. Measur., 69, No. 10, 8486–8493 (2020).D. V. Petrov, I. I. Matrosov, A. A. Tikhomirov. J. Appl. Spectrosc., 82, No. 1, 120–124 (2015).D. V. Petrov, I. I. Matrosov, A. A. Tikhomirov. J. Appl. Spectrosc., 82, No. 1, 120–124 (2015).O. Diemel, R. Honza, C. P. Ding, Proc. Comb. Institute, 37, No. 2, 1453–1460 (2019).O. Diemel, R. Honza, C. P. Ding, Proc. Comb. Institute, 37, No. 2, 1453–1460 (2019).S. M. Chernin, E. G. Barskaya, Appl. Opt., 30, No. 1, 51–58 (1991).S. M. Chernin, E. G. Barskaya, Appl. Opt., 30, No. 1, 51–58 (1991).D. Herriott, H. Kogelinik, R. Kompfner, Appl. Opt., 3, No. 4, 523–526 (1964).D. Herriott, H. Kogelinik, R. Kompfner, Appl. Opt., 3, No. 4, 523–526 (1964).M. Semen, Infrared Phys. Technol., 37, No. 1, 87–93 (1996).M. Semen, Infrared Phys. Technol., 37, No. 1, 87–93 (1996).J. A. Silver, Dense Pattern Optical Multipass Cell, U. S. Patent 7, 477, 377, 01-13 (2009).J. A. Silver, Dense Pattern Optical Multipass Cell, U. S. Patent 7, 477, 377, 01-13 (2009).D. R. Herriott, H. J. Schulte, Appl. Opt., 4, No. 8, 883–889 (1965).D. R. Herriott, H. J. Schulte, Appl. Opt., 4, No. 8, 883–889 (1965).M. Dong, C. T. Zheng, Y. Zhang. et al., IEEE Photon. Technol. Lett., 31, No. 7, 541–544 (2019).M. Dong, C. T. Zheng, Y. Zhang. et al., IEEE Photon. Technol. Lett., 31, No. 7, 541–544 (2019).D. Dahlen, R. Wilcox, W. Leemans, Appl. Opt., 56, No. 2, 267–272 (2017).D. Dahlen, R. Wilcox, W. Leemans, Appl. Opt., 56, No. 2, 267–272 (2017).C. Y. Zhao, G. M. Song, Y. Du, et al., Proc. SPIE, Selected Papers of the Chinese Society for Optical Engineering Conferences held July, 10141(1–12) (2016), https://doi.org/10.1117/12.2250680.C. Y. Zhao, G. M. Song, Y. Du, et al., Proc. SPIE, Selected Papers of the Chinese Society for Optical Engineering Conferences held July, 10141(1–12) (2016), https://doi.org/10.1117/12.2250680.J. H. Lee, H. C. Kim, S. Jung, Transact. Korean Institute of Electrical Engineers, 64, No. 6, 935–939 (2015).J. H. Lee, H. C. Kim, S. Jung, Transact. Korean Institute of Electrical Engineers, 64, No. 6, 935–939 (2015).Junjun Wu, Tobias Grabe, Jan-Luca Götz, et al., Appl. Phys. B, 129, No. 6, 1–7 (2023).Junjun Wu, Tobias Grabe, Jan-Luca Götz, et al., Appl. Phys. B, 129, No. 6, 1–7 (2023).Cao Yuan, Tian Xing, Cheng Gang, et al., Acta Phys. Sin., 68, No. 16, 164201 (2019).Cao Yuan, Tian Xing, Cheng Gang, et al., Acta Phys. Sin., 68, No. 16, 164201 (2019).C. L. Li, Y. F. Wu, X. B. Qiu, et al., Appl. Spectrosc., 71, No. 5, 809–816 (2017).C. L. Li, Y. F. Wu, X. B. Qiu, et al., Appl. Spectrosc., 71, No. 5, 809–816 (2017).J. Jiang, M. X. Zhao, G. M. Ma, IEEE Sensors J., 18, No. 6, 2318–2325 (2018).J. Jiang, M. X. Zhao, G. M. Ma, IEEE Sensors J., 18, No. 6, 2318–2325 (2018).L. J. SU, P. Hyejin, J. H. Seo, et al., Korean J. Opt. and Photon., 28, No. 6, 273–280 (2017).L. J. SU, P. Hyejin, J. H. Seo, et al., Korean J. Opt. and Photon., 28, No. 6, 273–280 (2017).F. L. Wu, C. L. Li, W. X. Shi, Spectrosc. and Spectr. Analysis, 36, No. 4, 1051–1055 (2016).F. L. Wu, C. L. Li, W. X. Shi, Spectrosc. and Spectr. Analysis, 36, No. 4, 1051–1055 (2016).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.