شبیه سازی طیف نگاری با کامسول

شبیه سازی طیف نگاری با کامسول کاوش در فضای بیرونی با طیف نگارهای Échelle در جستجوی سیارات خارج از منظومه شمسی، اخترشناسان بر طیف گسترده ای از ابزارها تکیه می کنند که یکی از آنها طیف نگار échelle است. این دستگاه از آینه ها، توری ها و عدسی هایی تشکیل شده است که نور چند رنگی را به یک طیف بسیار پراکنده جدا می کند. طیف‌نگارهای Échelle دارای قدرت تفکیک بالایی هستند و می‌توانند طیف‌ها را در طول موج بزرگ ضبط کنند. بنابراین، فرمت‌های طیفی دوبعدی échelle، درک طیفی بسیار بزرگ را ممکن می‌سازد. ابزارهای نور مرئی حتی می توانند طیف کامل مرئی را در یک نوردهی واحد پوشش دهند. طیف نگارهای Échelle را می توان برای سرعت سنجی داپلر دقیق، تجزیه و تحلیل با وضوح بالا اتمسفر ستاره ها، و طیف سنجی رامان پر توان استفاده کرد. به عنوان مثال، طیف‌نگار HARPS به اخترشناسان کمک می‌کند تا مکان سیاره‌های فراخورشیدی جدید – مانند زمین مانند Ross 128 b – را با تشخیص تابش‌های کوچک در حرکت ستارگان، که نشان دهنده حضور یک سیاره در حال گردش است، بیابند.

با حرکت رو به جلو، جانشین HARPS با دقت بیشتر به نام ESPRESSO ممکن است توانایی ما را برای جستجوی سیارات جدید بیشتر کند. تیم‌های دیگر، مانند تیم‌های ناسا و آن‌هایی که روی تلسکوپ غول‌پیکر ماژلان (GMT) کار می‌کنند، نیز به ما کمک می‌کنند تا به سمت نسل بعدی ابزارهای کشف سیاره‌های فراخورشیدی حرکت کنیم. طیف‌نگار هارپس (سمت چپ) و تفسیری هنری از Ross 128 b ( درست). تصاویر توسط ESO (سمت چپ) و ESO/M. کورنمسر (راست). تحت مجوز CC BY-SA 2.0، از طریق دستورالعمل های حق چاپ ESO.
برای ارزیابی طراحی طیف‌نگارهای échelle و کمک به پیشرفت مداوم آنها، می‌توانیم این دستگاه‌ها را با استفاده از COMSOL Multiphysics و ماژول Ray Optics الحاقی مدل‌سازی کنیم. برای آموزش کامسول میتوانید اقدام کنید.
استفاده از شبیه‌سازی ردیابی پرتو برای مطالعه طیف‌نگار Échelle مردمک سفید
در این مثال، یک نسخه «مردمک سفید» از طیف‌نگار échelle با یک لنز Petzval متمرکز شده است. این مدل شامل دو جزء توری است:
یک رنده اچل با نظم بالا و شبیه سازی طیف نگاری با کامسول و آموزش comsol
یک توری متقاطع پراکنده که جهت پراکندگی متعامد دارد
این طرح می‌تواند آرایه‌های نقطه‌ای دوبعدی را برای ردیف‌ها و طول‌موج‌های مختلف échelle ایجاد کند. تصویری از یک طیف‌نگار échelle مردمک سفید و نمای بزرگ‌نمایی‌شده از یک سیستم عدسی Petzval، که فقط پرتوهای محوری را برای طول‌موج‌های مختلف نشان می‌دهد.
برای ساده‌سازی فرآیند ساخت هندسه مدل پیچیده، از قطعات آماده موجود در کتابخانه پارت استفاده می‌کنیم. ما فرآیند ایجاد مدل را با ساخت هندسه طیف نگار به طور جداگانه ساده تر می کنیم. برای انجام این کار، پارامترهای طیف‌نگار (که می‌توان به آنها مقدار یا عبارت عددی داد) را به دو دسته تقسیم می‌کنیم:
پارامترهای ایجاد هندسه
پارامترهای راه اندازی و تکمیل شبیه سازی ردیابی پرتو

از آنجایی که هندسه مدل کاملاً پارامتری است، می‌توانیم تمام ویژگی‌های فیزیکی و هندسی اصلی را با گره Parameters تنظیم کنیم.
دنباله کامل هندسه برای مدل طیف نگار échelle.
سپس یک جارو پارامتریک در چندین مرتبه، هر کدام با چندین طول موج، انجام می دهیم. در اینجا، ما یک ردیابی پرتو را روی 5 مرتبه échelle با 11 طول موج در هر مرتبه اجرا می کنیم، اما این تجزیه و تحلیل را می توان گسترش داد تا هر تعداد طول موج و ترتیب مورد نظر را شامل شود.
نتایج شبیه سازی
ابتدا، بیایید به نمودارهای پرتوهای دوبعدی و سه بعدی نگاه کنیم که در آنها پرتوها را هنگام حرکت در طیف‌نگار ردیابی می‌کنیم. در این نمودارها، ما فقط پرتوهای حاشیه‌ای از شکاف ورودی را ردیابی می‌کنیم تا هندسه طیف‌نگار و پارامترهای دیافراگم روشن را بررسی کنیم. سپس، یک نمودار échelle ایجاد می‌کنیم که مکان هر طول موج را در جاروب پارامتری در صفحه تصویر ترسیم می‌کند. همانطور که در نمودار زیر مشاهده می شود، پراکندگی échelle از چپ به راست و پراکندگی متقاطع از پایین به بالا حرکت می کند. اینها همان جهت هایی هستند که در قالب طیفی دوبعدی échelle دیدیم