光学探测器
1. 介绍
在 OghmaNano 中,光学探测器用于测量光在光学系统中传播时的情况。 探测器通过光学探测器编辑器进行定义, 该编辑器可以从主窗口的 Optical 功能区打开 (见 图 ??)。
Optical Detectors Editor 如 ?? 所示。 OghmaNano 中的光学探测器是一个放置在 仿真区域任意位置的二维表面。 在概念上,它类似于理想化的 CCD 相机:它统计通过其表面的光子,并记录其光谱和空间分布。
探测器不会吸收、反射或散射光。 它在数学上是透明的,不会扰动光学场。 光线、波或光子会不发生改变地穿过探测器;探测器仅 记录穿过其表面的信号。
2. 探测器几何结构与分辨率
探测器由其位置、方向以及横向尺寸 (\(dx\) 和 \(dy\))定义。厚度 \(dz\) 不相关,因为探测器被视为 纯二维表面。探测器可以绕 \(x\)、\(y\) 和 \(z\) 轴旋转, 因此可以朝向任意方向。这使得能够在任意几何结构中捕获 透射、反射或逸出的光。探测器也可以 通过在 3D 场景中拖动进行交互式重新定位。
在配置面板的 Detector 部分中, 参数 Mesh points x 和 Mesh points y 定义 探测器表面上的空间分箱数量。这与 CCD 传感器中的像素数量 直接对应,并控制记录数据的空间分辨率。 在一次仿真中可以放置多个探测器。每个探测器 独立工作,并生成其各自的输出文件。
3. 探测器示例
4. 输出
当打开探测器的输出文件夹时,通常会看到四个文件
(见图 ??):
detector_abs0.csv、detector_efficiency0.csv、
detector_input0.csv 和 RAY_image.csv。
这些文件共同描述 (i) 检测到的光的空间分布,以及
(ii) 从光源到探测器的光谱传输。
RAY_image.csv 是探测器接收到内容的空间分辨图像
(概念上类似 CCD 图像)。在光线追踪模式中,它通常通过
追踪三个代表性波长(名义上的 “R”、“G” 和 “B”)生成,
并直接映射为 RGB 图像。在非光线追踪工作流程中,或当
追踪更宽的波长范围时,OghmaNano 会使用标准人眼视觉
颜色响应函数将检测到的光谱转换为可显示的 RGB
(因此颜色是人眼看到外观的估计,
而不是严格的三波长渲染)。在实践中,对于 EL/PL 光谱
应追踪多个波长;三色 RGB 适合快速光学可视化,
但对于发射光谱来说过于稀疏。
其余三个文件构成一个简单的 “输入 → 检测 → 效率” 链:
-
detector_abs0.csv(??): 在原则上可能到达探测器的可用光源光谱。 这是在几何结构和吸收决定实际到达情况之前, 发射光线/光子随波长分布的情况。 -
detector_input0.csv(??): 实际到达并穿过探测器表面的光线/光子光谱 (以计数形式报告)。材料吸收和几何裁剪会对其进行修改。 在所示示例中,玻璃去除了光谱中的紫外部分, 在短波长处产生明显的下降。 -
detector_efficiency0.csv(??): 随波长变化的探测概率(百分比),计算为 \[ \eta(\lambda)=100\times\frac{I_{\text{det}}(\lambda)}{I_{\text{avail}}(\lambda)} =100\times\frac{\texttt{detector_input0.csv}}{\texttt{detector_abs0.csv}}. \] 从物理角度解释:如果在波长 \(\lambda\) 发射一个光线/光子,其中有多少比例 最终会穿过探测器?
RAY_image.csv)。
detector_abs0.csv)。
detector_input0.csv)。
detector_efficiency0.csv)。