Εκπαιδευτικό πρόγραμμα για την τεχνική Ray-tracing (Μέρος Α): Αντανάκλαση από μια τραχιά επιφάνεια.
Σε αυτό το εκπαιδευτικό πρόγραμμα, θα χρησιμοποιήσετε τον αλγόριθμο ανίχνευσης ακτίνων (ray tracer) της OghmaNano για να μελετήσετε πώς το φως ανακλάται από μια τραχιά επιφάνεια. Η τραχύτητα μπορεί να αντιπροσωπεύει μια εικόνα από μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) ή οποιαδήποτε άλλη επιφάνεια που έχει μετρηθεί πειραματικά. Θα φορτώσετε το παράδειγμα "Ανάκλαση από λεπτή μεμβράνη", θα εκτελέσετε μια προσομοίωση ανίχνευσης ακτίνων και θα εξετάσετε πόσο αποτελεσματικά το φως συλλέγεται από έναν ανιχνευτή που βρίσκεται πάνω από την μεμβράνη.
Βήμα 1: Ανοίξτε τα παραδείγματα ray tracing.
Εκκινήστε το OghmaNano από το μενού Έναρξη των Windows. Από το αρχικό παράθυρο, κάντε κλικ στην επιλογή Νέα προσομοίωση. Αυτό θα ανοίξει τη βιβλιοθήκη τύπων συσκευών. Εντοπίστε και κάντε διπλό κλικ στην κατηγορία "Ray tracing", όπως φαίνεται στην εικόνα ??. Αυτό θα ανοίξει τον φάκελο με τις επιδείξεις ray tracing (??).
Όταν σας ζητηθεί, επιλέξτε έναν φάκελο όπου θα αποθηκευτεί η προσομοίωση. Όπως και με όλες τις προσομοιώσεις OghmaNano, είναι καλύτερο να χρησιμοποιείτε έναν τοπικό φάκελο (για παράδειγμα, στον C:\) και όχι έναν δικτυακό ή αποθηκευτικό χώρο στο cloud. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα σχετικά με την ταχύτητα της προσομοίωσης εδώ.
Βήμα 2: Ελέγξτε την ταινία και τον ανιχνευτή.
Αφού επιλέξετε την επιλογή "Reflection" (Αντανάκλαση) από την ταινία, ανοίγει το κύριο παράθυρο του "Optical Workbench" και εμφανίζει την τρισδιάστατη σκηνή (??). Η κόκκινη επιφάνεια αντιπροσωπεύει την τραχιά επιφάνεια της ταινίας (για παράδειγμα, έναν χάρτη ύψους AFM), τα πράσινα βέλη είναι οι πηγές φωτός και το μωβ πλέγμα πάνω από την ταινία είναι ο οπτικός ανιχνευτής – εννοιολογικά παρόμοιος με μια κάμερα CCD.
Μπορείτε να περιηγηθείτε στην τρισδιάστατη προβολή χρησιμοποιώντας το ποντίκι:
- Αριστερό κουμπί του ποντικιού: περιστρέψτε την σκηνή.
- Δεξί κουμπί του ποντικιού: μετακινήστε την προβολή.
- Ροδέλα ποντικιού: μεγέθυνση και σμίκρυνση.
Βήμα 3: Εκτελέστε την προσομοίωση ακτινικής ανίχνευσης.
Για να ξεκινήσετε την προσομοίωση, κάντε κλικ στο Εκτέλεση προσομοίωσης. το κουμπί (μπλε εικονίδιο αναπαραγωγής) στη γραμμή εργαλείων ή πατήστε F9Το OghmaNano θα παρακολουθεί πολλές ακτίνες που εκπέμπονται από τις πηγές, ανακλώντας και διαθλώνοντάς τις σύμφωνα με την τοπική κάθετη διεύθυνση της επιφάνειας της μεμβράνης. Καθώς εκτελείται η προσομοίωση, η κύρια προβολή θα ενημερώνεται για να εμφανίζει τις διαδρομές των ακτίνων.??).
Βήμα 4: Εξερευνήστε διαφορετικά μήκη κύματος.
Το στοιχείο «Μήκη κύματος» στην κορδέλα «Οπτικά» σάς επιτρέπει να επιλέξετε ποιο μήκος κύματος εμφανίζεται στην τρισδιάστατη προβολή. Επιλέξτε ένα μήκος κύματος από το αναπτυσσόμενο μενού, όπως φαίνεται στην εικόνα ??. Αυτό δεν εκτελεί ξανά την προσομοίωση – ολόκληρο το φάσμα έχει υπολογιστεί εκ των προτέρων – αλλά ελέγχει ποιο υποσύνολο ακτίνων εμφανίζεται.
Δοκιμάστε μερικά διαφορετικά μήκη κύματος και παρατηρήστε πώς αλλάζει η πυκνότητα της ακτίνας στον ανιχνευτή. Στα επόμενα μέρη του εκπαιδευτικού προγράμματος, θα δείτε πώς αυτό σχετίζεται με την συμβολή, τη διασπορά και την απορρόφηση στην μεμβράνη.
Βήμα 5: Ελέγξτε την έξοδο του ανιχνευτή.
Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία ιχνηλάτησης ακτίνων, μεταβείτε στην καρτέλα "Έξοδος" για να δείτε τα αρχεία που έχουν αποθηκευτεί στον δίσκο (??). Θα δείτε μια σειρά αρχείων που περιγράφουν τις ακτίνες και τις αποκρίσεις του ανιχνευτή. Το πιο σχετικό για αυτό το σεμινάριο είναι ο κατάλογος "detector0", ο οποίος περιέχει τα δεδομένα που καταγράφηκαν από την μωβ επιφάνεια ανιχνευτή.
detector0 περιέχει την απόκριση του επιπέδου ανίχνευσης· άλλα αρχεία περιγράφουν τις μεμονωμένες ακτίνες και τις γωνιακές κατανομές.Κάντε διπλό κλικ στον φάκελο detector0 και, στη συνέχεια, ανοίξτε το αρχείο detector_efficiency0.csv. Αυτό το αρχείο αποθηκεύει το ποσοστό της φωτεινής ενέργειας που φτάνει στον ανιχνευτή ως συνάρτηση του μήκους κύματος. Όταν το ανοίξετε, το εργαλείο γραφικών του OghmaNano θα εμφανίσει ένα φάσμα παρόμοιο με το ??.
detector_efficiency0.csv. Ο κατακόρυφος άξονας δείχνει το κλάσμα του φωτός που φτάνει στον ανιχνευτή. Όταν μια ακτίνα εκπέμπεται από την πηγή, έχει ένταση 1· η εξασθένηση και η σκέδαση από την τραχιά επιφάνεια μειώνουν αυτή την τιμή πριν φτάσει στον ανιχνευτή. Σε αυτό το παράδειγμα, σχεδόν καθόλου φως δεν ανιχνεύεται σε μεγάλα μήκη κύματος, ενώ τα μικρότερα μήκη κύματος ανιχνεύονται πιο αποτελεσματικά. (Η ετικέτα του άξονα εμφανίζει προς το παρόν μέτρα, αλλά ο οριζόντιος άξονας θα πρέπει να ερμηνεύεται ως μήκος κύματος σε νανόμετρα).Συγκρίνοντας την καμπύλη απόδοσης του ανιχνευτή με τις απεικονιζόμενες ακτίνες σε διαφορετικά μήκη κύματος, μπορείτε να αποκτήσετε μια καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η τραχύτητα της επιφάνειας, η σκέδαση και η γωνιακή κατανομή επηρεάζουν το ανιχνευόμενο σήμα.
Τα αρχεία εξόδου από την προσομοίωσή σας.
Κάθε προσομοίωση ακτινικής ανίχνευσης δημιουργεί μια συλλογή αρχείων που περιγράφουν τη γεωμετρία, τις μεμονωμένες ακτίνες και την απόκριση οποιωνδήποτε ανιχνευτών. Τα περισσότερα από αυτά είναι απλά αρχεία .csv που μπορούν να ανοιχτούν στους ενσωματωμένους προβολείς του OghmaNano ή να αναλυθούν σε εξωτερικά εργαλεία, όπως η Python, η Matlab ή το Excel. Οι βασικές έξοδοι για την επίδειξη «Αντανάκλαση από μεμβράνη» συνοψίζονται στον Πίνακα 1.
| Αρχείο ή φάκελος | Περιγραφή |
|---|---|
| rays.csv | Λίστα με τις ακτίνες που έχουν εντοπιστεί (θέσεις, κατευθύνσεις, μήκη κύματος και εντάσεις). |
| ιχνηλάτηση ακτίνων/ | Πρόσθετες διαγνωστικές λειτουργίες και στατιστικά στοιχεία για την ακτινογραφική ανάλυση. |
| detector0/detector_efficiency0.csv | Απόδοση του ανιχνευτή σε σχέση με το μήκος κύματος (βλ. ??). |
| detector0/detector_input0.csv | Συνολική φωτεινή ροή που προσπίπτει στην επιφάνεια του ανιχνευτή σε σχέση με το μήκος κύματος. |
| RAY_image.csv | Εικόνα που απεικονίζει τις ακτίνες στην επιφάνεια του ανιχνευτή. |
| συσκευή.csv | Γεωμετρική περιγραφή των τραχιών επιφανειών της λεπτής μεμβράνης και του ανιχνευτή. |
👉 Επόμενο βήμα: Συνεχίστε στο Μέρος Β για να μάθετε πώς να τροποποιήσετε την τραχιά επιφάνεια, να ρυθμίσετε τις πηγές φωτός και να εκτελέσετε παραμετρικές αναλύσεις. Για μια επισκόπηση των οπτικών συστημάτων και των προσομοιώσεων ανίχνευσης ακτίνων, δείτε το Επισκόπηση οπτικών συστημάτων και ανίχνευσης ακτίνων.