Моделирование трассировки лучей и правил распределения точек для ячеек Херриота с использованием программного обеспечения LightTools

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.

1. 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).

2. B. Cao, H. J. Yang, P. Jiang, et al., Opt. Express, 28, No. 12, 17732–17740 (2020).

3. D. Das, A. C. Wilson, Appl. Phys. B: Lasers and Optics, 103, No. 3, 749–754 (2011).

4. Anonymous, Adv. Ophthalmology, 38, No. 2, 279–282 (1974).

5. J. Zhang, Y. Zhu, J. Q. Chen, B. Liang, Spectrosc. and Spectr. Analysis, 30, No. 4, 1030–1034 (2010).

6. K. Chen, B. Zhang, M. Guo, et al., IEEE Transact. Instrum. Measur., 69, No. 10, 8486–8493 (2020).

7. D. V. Petrov, I. I. Matrosov, A. A. Tikhomirov. J. Appl. Spectrosc., 82, No. 1, 120–124 (2015).

8. O. Diemel, R. Honza, C. P. Ding, Proc. Comb. Institute, 37, No. 2, 1453–1460 (2019).

9. S. M. Chernin, E. G. Barskaya, Appl. Opt., 30, No. 1, 51–58 (1991).

10. D. Herriott, H. Kogelinik, R. Kompfner, Appl. Opt., 3, No. 4, 523–526 (1964).

11. M. Semen, Infrared Phys. Technol., 37, No. 1, 87–93 (1996).

12. J. A. Silver, Dense Pattern Optical Multipass Cell, U. S. Patent 7, 477, 377, 01-13 (2009).

13. D. R. Herriott, H. J. Schulte, Appl. Opt., 4, No. 8, 883–889 (1965).

14. M. Dong, C. T. Zheng, Y. Zhang. et al., IEEE Photon. Technol. Lett., 31, No. 7, 541–544 (2019).

15. D. Dahlen, R. Wilcox, W. Leemans, Appl. Opt., 56, No. 2, 267–272 (2017).

16. 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.

17. J. H. Lee, H. C. Kim, S. Jung, Transact. Korean Institute of Electrical Engineers, 64, No. 6, 935–939 (2015).

18. Junjun Wu, Tobias Grabe, Jan-Luca Götz, et al., Appl. Phys. B, 129, No. 6, 1–7 (2023).

19. Cao Yuan, Tian Xing, Cheng Gang, et al., Acta Phys. Sin., 68, No. 16, 164201 (2019).

20. C. L. Li, Y. F. Wu, X. B. Qiu, et al., Appl. Spectrosc., 71, No. 5, 809–816 (2017).

21. J. Jiang, M. X. Zhao, G. M. Ma, IEEE Sensors J., 18, No. 6, 2318–2325 (2018).

22. L. J. SU, P. Hyejin, J. H. Seo, et al., Korean J. Opt. and Photon., 28, No. 6, 273–280 (2017).

23. F. L. Wu, C. L. Li, W. X. Shi, Spectrosc. and Spectr. Analysis, 36, No. 4, 1051–1055 (2016).