Οπτικοί ανιχνευτές

1. Εισαγωγή

Στο OghmaNano, χρησιμοποιούνται οπτικοί ανιχνευτές για τη μέτρηση του φωτός καθώς διαδίδεται μέσω ενός οπτικού συστήματος. Οι ανιχνευτές ορίζονται χρησιμοποιώντας τον Επεξεργαστή Οπτικών Ανιχνευτών, ο οποίος μπορεί να ανοιχτεί από την καρτέλα "Οπτικά" στο κύριο παράθυρο (δείτε Εικόνα ??).

Ο Επεξεργαστής Οπτικών Ανιχνευτών εμφανίζεται στην ??. Ένας οπτικός ανιχνευτής στο OghmaNano είναι μια δισδιάστατη επιφάνεια που τοποθετείται οπουδήποτε στον τομέα της προσομοίωσης. Εννοιολογικά, λειτουργεί σαν μια ιδανική κάμερα CCD: μετρά τους φωτόνιους που περνούν από αυτήν και καταγράφει την φασματική και χωρική τους κατανομή.

Οι ανιχνευτές δεν απορροφούν, δεν ανακλούν ούτε διασκορπίζουν το φως. Είναι μαθηματικά διαφανείς και δεν διαταράσσουν το οπτικό πεδίο. Οι ακτίνες, τα κύματα ή τα φωτόνια περνούν μέσα από τον ανιχνευτή χωρίς να τροποποιηθούν· ο ανιχνευτής απλώς καταγράφει ό,τι διασχίζει την επιφάνειά του.

2. Γεωμετρία και ανάλυση του ανιχνευτή

Ένας ανιχνευτής ορίζεται από τη θέση, τον προσανατολισμό και το πλάτος του (\(dx\) και \(dy\)). Το πάχος \(dz\) είναι ασήμαντο, καθώς ο ανιχνευτής αντιμετωπίζεται ως μια καθαρά δισδιάστατη επιφάνεια. Ο ανιχνευτής μπορεί να περιστραφεί γύρω από τους άξονες \(x\), \(y\) και \(z\), επιτρέποντάς του να στραφεί προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Αυτό καθιστά δυνατή την καταγραφή της διαπερατής, ανακλώμενης ή εκπεμπόμενης ακτινοβολίας σε αυθαίρετες γεωμετρίες. Οι ανιχνευτές μπορούν επίσης να επανατοποθετηθούν διαδραστικά, σύροντάς τους μέσα στην τρισδιάστατη σκηνή.

Στην ενότητα «Ανιχνευτής» του πίνακα διαμόρφωσης, οι παράμετροι «Σημεία πλέγματος x» και «Σημεία πλέγματος y» καθορίζουν τον αριθμό των χωρικών διαμερισμάτων που χρησιμοποιούνται σε όλη την επιφάνεια του ανιχνευτή. Αυτά αντιστοιχούν άμεσα στον αριθμό των εικονοστοιχείων σε έναν αισθητήρα CCD, ελέγχοντας την χωρική ανάλυση των καταγεγραμμένων δεδομένων. Μπορούν να τοποθετηθούν πολλοί ανιχνευτές σε μια μόνο προσομοίωση. Κάθε ανιχνευτής λειτουργεί ανεξάρτητα και παράγει το δικό του σύνολο αρχείων εξόδου.

3. Παραδείγματα ανιχνευτών

4. Αποτελέσματα

Όταν ανοίγετε τον φάκελο εξόδου ενός ανιχνευτή, συνήθως θα δείτε τέσσερα αρχεία (βλ. Εικόνα ??): detector_abs0.csv, detector_efficiency0.csv, detector_input0.csv και RAY_image.csv. Μαζί, αυτά περιγράφουν (i) τη χωρική κατανομή του ανιχνευμένου φωτός και (ii) τη φασματική απόδοση από την πηγή προς τον ανιχνευτή.

Το RAY_image.csv είναι μια χωρικά αναλυμένη εικόνα του σήματος που λαμβάνει ο ανιχνευτής (εννοιολογικά, ένα πλαίσιο CCD). Στη λειτουργία ανίχνευσης ακτίνων, συνήθως δημιουργείται με την ανίχνευση τριών αντιπροσωπευτικών μηκών κύματος (ονομαστικά «R», «G» και «B») και την απεικόνισή τους απευθείας σε μια εικόνα RGB. Σε ροές εργασίας που δεν χρησιμοποιούν ανίχνευση ακτίνων ή όταν ανιχνεύετε ένα ευρύτερο σύνολο μηκών κύματος, το OghmaNano μετατρέπει το ανιχνευμένο φάσμα σε μια εικόνα RGB που μπορεί να εμφανιστεί, χρησιμοποιώντας τις τυπικές συναρτήσεις απόκρισης χρώματος της ανθρώπινης όρασης (έτσι, το χρώμα είναι μια εκτίμηση της εμφάνισης του τι θα έβλεπε ένα μάτι, και όχι μια κυριολεκτική απόδοση τριών μηκών κύματος). Στην πράξη, για φάσματα EL/PL, θα πρέπει να ανιχνεύετε πολλά μήκη κύματος. Η τριχρωματική RGB είναι κατάλληλη για γρήγορη οπτικοποίηση οπτικών, αλλά είναι πολύ περιορισμένη για φάσματα εκπομπής.

Τα τρία εναπομείναντα αρχεία αποτελούν μια απλή αλυσίδα τύπου «εισαγωγή → ανίχνευση → απόδοση»:

• detector_abs0.csv (??): το διαθέσιμο φάσμα της πηγής, το οποίο, κατ' αρχήν, θα μπορούσε να φτάσει στον ανιχνευτή. Αυτή είναι η κατανομή των εκπεμπόμενων ακτίνων/φωτονίων σε σχέση με το μήκος κύματος, πριν η γεωμετρία και η απορρόφηση καθορίσουν τι φτάνει στην πραγματικότητα.
• detector_input0.csv (??): το φάσμα των ακτίνων/φωτονίων που φτάνουν στην επιφάνεια του ανιχνευτή και τη διαπερνούν (αναφέρεται ως αριθμός καταμετρήσεων). Η απορρόφηση και η περικοπή από το υλικό τροποποιούν αυτό το φάσμα. Στο παράδειγμα που παρουσιάζεται, το γυαλί απομακρύνει το υπεριώδες τμήμα του φάσματος, προκαλώντας μια απότομη μείωση στις μικρές μηκοσυμίες κύματος.
• detector_efficiency0.csv (??): η πιθανότητα ανίχνευσης (σε ποσοστό) σε σχέση με το μήκος κύματος, η οποία υπολογίζεται ως \[ \eta(\lambda)=100\times\frac{I_{\text{det}}(\lambda)}{I_{\text{avail}}(\lambda)} =100\times\frac{\texttt{detector_input0.csv}}{\texttt{detector_abs0.csv}}. \]. Ερμηνευόμενο φυσικά: εάν μια ακτίνα/φωτόνιο εκπέμπεται σε μήκος κύματος \(\lambda\), ποιο ποσοστό αυτών των εκπομπών καταλήγει να διασχίζει τον ανιχνευτή;