Detectores ópticos

1. Introducción

En OghmaNano, los detectores ópticos se utilizan para medir la luz a medida que se propaga a través de un sistema óptico. Los detectores se definen utilizando el Editor de Detectores Ópticos, que puede abrirse desde la cinta Optical en la ventana principal (véase Figura ??).

Apertura del Editor de Detectores Ópticos desde la cinta Optical.

El Editor de Detectores Ópticos se muestra en ??. Un detector óptico en OghmaNano es una superficie bidimensional colocada en cualquier lugar del dominio de simulación. Conceptualmente, se comporta como una CCD idealizada: cuenta los fotones que pasan a través de ella y registra su distribución espectral y espacial.

Los detectores no absorben, reflejan ni dispersan la luz. Son matemáticamente transparentes y no perturban el campo óptico. Rayos, ondas o fotones atraviesan el detector sin modificación; el detector simplemente registra lo que cruza su superficie.

Editor de Detectores Ópticos de OghmaNano mostrando opciones de configuración del detector — Panel de configuración del Editor de Detectores Ópticos.

Menú de clic derecho en la escena 3D mostrando la opción New Detector — Creación de un nuevo detector directamente desde la escena 3D mediante clic derecho.

2. Geometría y resolución del detector

Un detector se define por su posición, orientación y tamaño lateral (\(dx\) y \(dy\)). El espesor \(dz\) es irrelevante, ya que el detector se trata como una superficie puramente bidimensional. El detector puede rotarse alrededor de los ejes \(x\), \(y\) y \(z\), lo que permite que apunte en cualquier dirección. Esto hace posible capturar luz transmitida, reflejada o que escapa en geometrías arbitrarias. Los detectores también pueden reposicionarse interactivamente arrastrándolos dentro de la escena 3D.

En la sección Detector del panel de configuración, los parámetros Mesh points x y Mesh points y definen el número de bins espaciales utilizados sobre la superficie del detector. Estos corresponden directamente al número de píxeles en un sensor CCD, controlando la resolución espacial de los datos registrados. Pueden colocarse múltiples detectores en una sola simulación. Cada detector opera de forma independiente y produce su propio conjunto de archivos de salida.

3. Ejemplos de detectores

Detector midiendo la luz que escapa de un sistema óptico — Un detector colocado después de un sistema óptico para medir la luz que escapa. El detector proporciona un registro con resolución espacial y espectral de la radiación transmitida.

Detector capturando la luz emitida desde la parte superior de un LEFET — Detector midiendo la luz emitida desde la superficie superior de un transistor de efecto de campo emisor de luz (LEFET).

4. Salidas

Cuando abra la carpeta de salida de un detector normalmente verá cuatro archivos (véase la Figura ??): detector_abs0.csv, detector_efficiency0.csv, detector_input0.csv y RAY_image.csv. Juntos describen (i) la distribución espacial de la luz detectada y (ii) el rendimiento espectral desde la fuente hasta el detector.

Salida del detector mostrada como un icono similar a una CCD en el navegador de resultados — Salida del detector representada como un icono similar a una CCD en el navegador de resultados.

Salidas detalladas del detector incluyendo imágenes espaciales y espectros — Salidas detalladas generadas a partir de la luz que atraviesa el detector.

RAY_image.csv es una imagen con resolución espacial de lo que recibe el detector (conceptualmente un fotograma CCD). En modo de trazado de rayos normalmente se genera trazando tres longitudes de onda representativas (nominalmente “R”, “G” y “B”) y mapeándolas directamente a una imagen RGB. En flujos de trabajo sin trazado de rayos, o cuando se traza un conjunto de longitudes de onda más amplio, OghmaNano convierte el espectro detectado en RGB visualizable utilizando funciones estándar de respuesta visual del ojo humano (por lo que el color es una estimación de la apariencia de lo que vería un ojo, en lugar de una representación literal de tres longitudes de onda). En la práctica, para espectros EL/PL debería trazarse un gran número de longitudes de onda; RGB de tres colores es adecuado para una visualización óptica rápida, pero es demasiado escaso para espectros de emisión.

Los tres archivos restantes forman una cadena simple de “entrada → detectado → eficiencia”:

detector_abs0.csv (??): el espectro de la fuente disponible que, en principio, podría haber alcanzado el detector. Esta es la distribución de rayos/fotones emitidos frente a la longitud de onda antes de que la geometría y la absorción determinen lo que realmente llega.
detector_input0.csv (??): el espectro de rayos/fotones que realmente alcanzan y atraviesan la superficie del detector (reportado como recuentos). La absorción del material y el recorte geométrico modifican esto. En el ejemplo mostrado, el vidrio elimina la parte UV del espectro, produciendo una fuerte reducción a longitudes de onda cortas.
detector_efficiency0.csv (??): la probabilidad de detección (porcentaje) frente a la longitud de onda, calculada como \[ \eta(\lambda)=100\times\frac{I_{\text{det}}(\lambda)}{I_{\text{avail}}(\lambda)} =100\times\frac{\texttt{detector_input0.csv}}{\texttt{detector_abs0.csv}}. \] Interpretación física: si un rayo/fotón se emite a la longitud de onda \(\lambda\), ¿qué fracción de esas emisiones termina cruzando el detector?

Imagen renderizada del detector (resuelta espacialmente) generada a partir de RAY_image.csv — Imagen del detector con resolución espacial (de `RAY_image.csv`).

Histograma de entrada del detector mostrando el espectro emitido disponible que podría haber alcanzado el detector — Espectro disponible que podría haber alcanzado el detector (de `detector_abs0.csv`).

Recuentos de luz detectada frente a la longitud de onda a partir de detector_input0.csv — Espectro de luz detectada en recuentos (de `detector_input0.csv`).

Eficiencia de detección frente a la longitud de onda calculada a partir de detector_input0.csv dividido por detector_abs0.csv — Eficiencia de detección \(\eta(\lambda)\) en porcentaje (de `detector_efficiency0.csv`).