Rilevatori otticiRilevatori ottici

1. Introduzione1. Introduzione

In OghmaNano, vengono utilizzati rivelatori ottici per misurare la luce mentre si propaga attraverso un sistema ottico. I rivelatori vengono definiti tramite l’editor dei rivelatori ottici, che può essere aperto dalla scheda Ottica nella finestra principale (vedere Figura ??).In OghmaNano, vengono utilizzati rivelatori ottici per misurare la luce mentre si propaga attraverso un sistema ottico. I rivelatori vengono definiti tramite l’editor dei rivelatori ottici, che può essere aperto dalla scheda Ottica nella finestra principale (vedere Figura ??).

È possibile aprire l’editor dei rilevatori ottici dalla barra multifunzione «Ottica».È possibile aprire l’editor dei rilevatori ottici dalla barra multifunzione «Ottica».

L’editor per i rivelatori ottici è illustrato in ??. In OghmaNano, un rivelatore ottico è una superficie bidimensionale posizionata in qualsiasi punto del dominio di simulazione. In termini concettuali, si comporta come una telecamera CCD idealizzata: conta i fotoni che lo attraversano e registra la loro distribuzione spettrale e spaziale.L’editor per i rivelatori ottici è illustrato in ??. In OghmaNano, un rivelatore ottico è una superficie bidimensionale posizionata in qualsiasi punto del dominio di simulazione. In termini concettuali, si comporta come una telecamera CCD idealizzata: conta i fotoni che lo attraversano e registra la loro distribuzione spettrale e spaziale.

I rivelatori non assorbono, riflettono o diffondono la luce. Sono matematicamente trasparenti e non alterano il campo ottico. I raggi, le onde o i fotoni attraversano il rivelatore senza subire modifiche; il rivelatore si limita a registrare ciò che passa attraverso la sua superficie.I rivelatori non assorbono, riflettono o diffondono la luce. Sono matematicamente trasparenti e non alterano il campo ottico. I raggi, le onde o i fotoni attraversano il rivelatore senza subire modifiche; il rivelatore si limita a registrare ciò che passa attraverso la sua superficie.

OghmaNano Optical Detectors Editor showing detector configuration options — Il pannello di configurazione dell’editor per i rilevatori ottici.Il pannello di configurazione dell’editor per i rilevatori ottici.

Right-click menu in the 3D scene showing New Detector option — È possibile creare un nuovo rilevatore direttamente dalla scena 3D tramite il menu contestuale (clic con il tasto destro del mouse).È possibile creare un nuovo rilevatore direttamente dalla scena 3D tramite il menu contestuale (clic con il tasto destro del mouse).

2. Geometria e risoluzione del rivelatore2. Geometria e risoluzione del rivelatore

Un rivelatore è definito dalla sua posizione, orientamento e dimensione laterale (\(dx\) e \(dy\)). Lo spessore \(dz\) è irrilevante, poiché il rivelatore viene considerato una superficie puramente bidimensionale. Il rivelatore può essere ruotato attorno agli assi \(x\), \(y\) e \(z\), consentendogli di essere orientato in qualsiasi direzione. Ciò consente di acquisire la luce trasmessa, riflessa o diffusa in geometrie arbitrarie. I rivelatori possono anche essere riposizionati in modo interattivo trascinandoli all’interno della scena 3D.Un rivelatore è definito dalla sua posizione, orientamento e dimensione laterale (\(dx\) e \(dy\)). Lo spessore \(dz\) è irrilevante, poiché il rivelatore viene considerato una superficie puramente bidimensionale. Il rivelatore può essere ruotato attorno agli assi \(x\), \(y\) e \(z\), consentendogli di essere orientato in qualsiasi direzione. Ciò consente di acquisire la luce trasmessa, riflessa o diffusa in geometrie arbitrarie. I rivelatori possono anche essere riposizionati in modo interattivo trascinandoli all’interno della scena 3D.

Nella sezione «Rilevatore» del pannello di configurazione, i parametri «Punti della griglia x» e «Punti della griglia y» definiscono il numero di celle spaziali utilizzate sull’intera superficie del rilevatore. Questi valori corrispondono direttamente al numero di pixel di un sensore CCD e controllano la risoluzione spaziale dei dati acquisiti. In una singola simulazione è possibile utilizzare più rilevatori. Ogni rilevatore opera in modo indipendente e genera il proprio set di file di output.Nella sezione «Rilevatore» del pannello di configurazione, i parametri «Punti della griglia x» e «Punti della griglia y» definiscono il numero di celle spaziali utilizzate sull’intera superficie del rilevatore. Questi valori corrispondono direttamente al numero di pixel di un sensore CCD e controllano la risoluzione spaziale dei dati acquisiti. In una singola simulazione è possibile utilizzare più rilevatori. Ogni rilevatore opera in modo indipendente e genera il proprio set di file di output.

3. Esempi di rivelatori3. Esempi di rivelatori

Detector measuring light escaping from an optical system — Un rilevatore posizionato a valle di un sistema ottico per misurare la luce dispersa. Il rilevatore fornisce una registrazione della radiazione trasmessa, analizzata sia nello spazio che nello spettro.Un rilevatore posizionato a valle di un sistema ottico per misurare la luce dispersa. Il rilevatore fornisce una registrazione della radiazione trasmessa, analizzata sia nello spazio che nello spettro.

Detector capturing light emitted from the top of a LEFET — Rilevatore che misura la luce emessa dalla superficie superiore di un transistor ad effetto di campo emettitore di luce (LEFET).Rilevatore che misura la luce emessa dalla superficie superiore di un transistor ad effetto di campo emettitore di luce (LEFET).

4. Risultati ottenuti4. Risultati ottenuti

Quando si apre la cartella di output di un rilevatore, in genere si visualizzano quattro file (vedere la figura ??): detector_abs0.csv, detector_efficiency0.csv, detector_input0.csv e RAY_image.csv. Insieme, questi file descrivono (i) la distribuzione spaziale della luce rilevata e (ii) la trasmissione spettrale dalla sorgente al rilevatore.Quando si apre la cartella di output di un rilevatore, in genere si visualizzano quattro file (vedere la figura ??): detector_abs0.csv, detector_efficiency0.csv, detector_input0.csv e RAY_image.csv. Insieme, questi file descrivono (i) la distribuzione spaziale della luce rilevata e (ii) la trasmissione spettrale dalla sorgente al rilevatore.

Detector output shown as a CCD-like icon in the output browser — Il segnale del rivelatore viene visualizzato come un’icona simile a un CCD nel visualizzatore dei risultati.Il segnale del rivelatore viene visualizzato come un’icona simile a un CCD nel visualizzatore dei risultati.

Detailed detector outputs including spatial images and spectra — Dati dettagliati ottenuti analizzando la luce che attraversa il rivelatore.Dati dettagliati ottenuti analizzando la luce che attraversa il rivelatore.

RAY_image.csv è un’immagine con risoluzione spaziale che rappresenta ciò che il rivelatore riceve (concettualmente, una cornice CCD). Nella modalità di tracciamento dei raggi, viene solitamente generata tracciando tre lunghezze d’onda rappresentative (nominalmente «R», «G» e «B») e mappandole direttamente su un’immagine RGB. Nei flussi di lavoro che non utilizzano il tracciamento dei raggi, o quando si tracciano un numero maggiore di lunghezze d’onda, OghmaNano converte lo spettro rilevato in un’immagine RGB visualizzabile utilizzando le funzioni standard di risposta cromatica della visione umana (in modo che il colore rappresenti una stima dell’aspetto di ciò che l’occhio vedrebbe, piuttosto che una riproduzione letterale delle tre lunghezze d’onda). In pratica, per gli spettri EL/PL, è consigliabile tracciare un numero elevato di lunghezze d’onda; un’immagine RGB a tre colori è sufficiente per una visualizzazione rapida delle proprietà ottiche, ma è troppo limitata per gli spettri di emissione.RAY_image.csv è un’immagine con risoluzione spaziale che rappresenta ciò che il rivelatore riceve (concettualmente, una cornice CCD). Nella modalità di tracciamento dei raggi, viene solitamente generata tracciando tre lunghezze d’onda rappresentative (nominalmente «R», «G» e «B») e mappandole direttamente su un’immagine RGB. Nei flussi di lavoro che non utilizzano il tracciamento dei raggi, o quando si tracciano un numero maggiore di lunghezze d’onda, OghmaNano converte lo spettro rilevato in un’immagine RGB visualizzabile utilizzando le funzioni standard di risposta cromatica della visione umana (in modo che il colore rappresenti una stima dell’aspetto di ciò che l’occhio vedrebbe, piuttosto che una riproduzione letterale delle tre lunghezze d’onda). In pratica, per gli spettri EL/PL, è consigliabile tracciare un numero elevato di lunghezze d’onda; un’immagine RGB a tre colori è sufficiente per una visualizzazione rapida delle proprietà ottiche, ma è troppo limitata per gli spettri di emissione.

I tre file rimanenti costituiscono una semplice catena di elaborazione: «dati di input → rilevamento → efficienza».I tre file rimanenti costituiscono una semplice catena di elaborazione: «dati di input → rilevamento → efficienza».

detector_abs0.csv (??): lo spettro della sorgente disponibile che, in teoria, avrebbe potuto raggiungere il rivelatore. Si tratta della distribuzione dei raggi/fotoni emessi in funzione della lunghezza d’onda, prima che la geometria e l’assorbimento determinino quali raggi raggiungano effettivamente il rivelatore.detector_abs0.csv (??): lo spettro della sorgente disponibile che, in teoria, avrebbe potuto raggiungere il rivelatore. Si tratta della distribuzione dei raggi/fotoni emessi in funzione della lunghezza d’onda, prima che la geometria e l’assorbimento determinino quali raggi raggiungano effettivamente il rivelatore.
detector_input0.csv (??): lo spettro dei raggi/fotoni che effettivamente raggiungono e attraversano la superficie del rivelatore (i valori vengono espressi in conteggi). L’assorbimento del materiale e l’effetto di «troncamento» ne modificano la forma. Nell’esempio mostrato, il vetro elimina la parte ultravioletta dello spettro, determinando una marcata riduzione alle lunghezze d’onda più corte.detector_input0.csv (??): lo spettro dei raggi/fotoni che effettivamente raggiungono e attraversano la superficie del rivelatore (i valori vengono espressi in conteggi). L’assorbimento del materiale e l’effetto di «troncamento» ne modificano la forma. Nell’esempio mostrato, il vetro elimina la parte ultravioletta dello spettro, determinando una marcata riduzione alle lunghezze d’onda più corte.
detector_efficiency0.csv (??): la probabilità di rilevamento (in percentuale) in funzione della lunghezza d’onda, calcolata come \[ \eta(\lambda)=100\times\frac{I_{\text{det}}(\lambda)}{I_{\text{avail}}(\lambda)} =100\times\frac{\texttt{detector_input0.csv}}{\texttt{detector_abs0.csv}}. \]. Interpretazione fisica: se un raggio/fotone viene emesso a una lunghezza d’onda \(\lambda\), quale frazione di queste emissioni raggiunge effettivamente il rivelatore?detector_efficiency0.csv (??): la probabilità di rilevamento (in percentuale) in funzione della lunghezza d’onda, calcolata come \[ \eta(\lambda)=100\times\frac{I_{\text{det}}(\lambda)}{I_{\text{avail}}(\lambda)} =100\times\frac{\texttt{detector_input0.csv}}{\texttt{detector_abs0.csv}}. \]. Interpretazione fisica: se un raggio/fotone viene emesso a una lunghezza d’onda \(\lambda\), quale frazione di queste emissioni raggiunge effettivamente il rivelatore?

Rendered detector image (spatially resolved) generated from RAY_image.csv — Immagine ottenuta con un rivelatore che permette di distinguere le diverse posizioni spaziali (da `RAY_image.csv`).Immagine ottenuta con un rivelatore che permette di distinguere le diverse posizioni spaziali (da `RAY_image.csv`).

Detector input histogram showing available emitted spectrum that could have hit the detector — Spettro disponibile che avrebbe potuto raggiungere il rivelatore (da `detector_abs0.csv`).Spettro disponibile che avrebbe potuto raggiungere il rivelatore (da `detector_abs0.csv`).

Detected light counts versus wavelength from detector_input0.csv — Spettro luminoso rilevato, espresso in unità di misura (da `detector_input0.csv`).Spettro luminoso rilevato, espresso in unità di misura (da `detector_input0.csv`).

Detection efficiency versus wavelength computed from detector_input0.csv divided by detector_abs0.csv — Efficienza di rilevamento \(\eta(\lambda)\) espressa in percentuale (dati da `detector_efficiency0.csv`).Efficienza di rilevamento \(\eta(\lambda)\) espressa in percentuale (dati da `detector_efficiency0.csv`).