레이 트레이싱 튜토리얼 (파트 B): 광원 편집

파트 A에서는 Reflection from film 레이 트레이싱 데모를 불러오고 AFM 이미지에서 유도된 거친 표면에서 광선이 어떻게 반사되는지 확인했습니다. 이번 파트에서는 광원을 편집하는 방법, 즉 위치, 방향 및 방출 패턴을 변경하고 시뮬레이션을 다시 실행하여 반사된 광선이 어떻게 반응하는지 학습합니다.

1단계: 광원 편집기 열기

파트 A에서 만든 시뮬레이션에서 시작합니다. 뷰를 회전하고 확대/축소하여 녹색 광원 마커 중 하나가 명확하게 보이도록 하십시오. 그런 다음 광원 위에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하고 컨텍스트 메뉴에서 Edit object를 선택합니다. 이는 ??에 표시되어 있습니다. 그러면 광원 편집기 창이 열립니다.

2단계: 위치와 크기 설정(Object 탭)

광원 편집기는 Object 탭에서 열립니다 (??). 이 탭은 Optical Workbench의 여러 객체 유형에 공통적으로 사용됩니다. 여기서는 다음을 제어합니다:

• Offset (x, y, z): 3D 공간에서 객체의 위치.
• xyz size (dx, dy, dz): 각 축 방향으로 객체의 물리적 크기.
• Rotate: x, y 및 z 축 حول 회전.
• Number of objects: x, y, z 방향으로 생성되는 객체 복사본 수.

광원의 경우 중요한 값은 dx와 dy이며, 이는 x–y 평면에서 방출 영역의 너비와 높이를 지정합니다. 회전이 0으로 설정되면 이는 격자에 정렬된 평평한 직사각형 패치에 해당합니다. 그런 다음 이 패치는 개별 빔이 발사되는 시작 영역으로 사용됩니다.

지금은 위치와 크기를 변경하지 마십시오. 튜토리얼의 후반부에서는 광원을 더 크게 또는 더 작게 만들거나 Number of objects 필드를 사용하여 여러 광원을 생성하는 실험을 할 수 있습니다.

3단계: 방출 각도 제어(Configure 탭)

다음으로 편집기의 Configure 탭을 클릭합니다. 여기에는 광원이 빛을 어떻게 방출하는지를 결정하는 설정이 표시되며, 이는 ??에 나와 있습니다.

핵심 필드는 다음과 같습니다:

• Illuminate from: 이 예제에서는 xyz로 설정되어 있으며, 이는 광원이 3D 공간에 배치되고 Object 탭의 Offset 항목을 사용하여 자유롭게 이동할 수 있음을 의미합니다.
• Rotate Theta (θ): 빔의 주된 조사 방향을 설정하는 극각으로, 양의 z축으로부터 측정됩니다.
• Rotate Phi (φ): z축을 중심으로 하는 방위각으로, x–y 평면에서 측정됩니다.
• −Δθ, +Δθ 및 −Δφ, +Δφ: 중심 (θ, φ) 방향을 기준으로 광원이 스캔하는 각도 범위입니다. 이 데모에서는 θ에 대해 한 단계, φ에 대해 열 단계가 있으므로 빔은 방위각 방향으로 부채꼴 형태로 퍼집니다.
• Number of beams x / y: 방출 패치의 x 및 y 방향으로 발사되는 독립 광선 수입니다. 예를 들어 Number of beams x = 30은 x축을 따라 30개의 서로 다른 빔 위치를 의미합니다.

표시된 설정에서 θ는 0°로 설정되어 있어 주된 방출 방향은 수평이며, φ = 30°는 빔 부채꼴이 x–y 평면에서 회전되었음을 의미합니다. φ에서의 스캔 단계는 빛이 검출기 위를 가로질러 측면으로 스윕되도록 합니다.

4단계: 3D 뷰에서 θ와 φ 이해하기

자연스럽게 이런 질문을 할 수 있습니다: θ와 φ가 어느 방향을 가리키는지 어떻게 알 수 있습니까? 이를 돕기 위해 Optical Workbench는 시뮬레이션 창의 한쪽 구석에 작은 방향 마커를 표시합니다. 이는 ??에 나와 있습니다. 여기에는 x, y, z 축과 θ 및 φ의 정의가 표시됩니다.

마커가 바로 보이지 않으면 뷰를 약간 회전하거나 확대/축소하십시오. 이 마커는 항상 3D 장면의 모서리 근처 중 한 곳에 위치합니다.

5단계: 빔을 아래쪽으로 향하게 하기

이제 연습으로 광원이 측면이 아니라 거친 박막을 향해 아래쪽으로 조사하도록 재배향해 보겠습니다.

1. Configure 탭에서 Rotate Theta와 Rotate Phi를 조정하여 주된 빔 방향이 박막을 향하도록 하십시오.
2. 지금은 범위(−Δθ, +Δθ, −Δφ, +Δφ)와 빔 수는 변경하지 마십시오.
3. 변경 사항을 적용하려면 광원 편집기 도구 모음에서 Rebuild를 클릭하십시오.
4. 편집기를 닫고 Run simulation을 클릭하거나 F9를 눌러 레이 트레이싱을 다시 실행하십시오.

이제 광선이 측면에서 스윕되어 들어오는 대신 위에서 표면을 향해 입사하는 것을 볼 수 있을 것입니다. 새로운 광선 패턴을 원래 설정과 비교하면 θ와 φ 각도에 대한 직관을 기르는 데 도움이 됩니다.

6단계: 3D에서 광원 이동하기

광원을 아래쪽으로 향하게 한 후에는 이를 측면으로 이동시켜 거친 박막의 다른 영역을 조사할 수도 있습니다. 기본 3D 뷰에서 광원을 선택하고 왼쪽 마우스 버튼으로 드래그하여 표면 중심 근처의 새 위치로 이동하십시오. 예시는 ??에 나와 있습니다.

광원을 이동한 후 시뮬레이션을 다시 실행하고 검출기에서의 광선 분포가 어떻게 변하는지 관찰하십시오. 또한 파트 A에서 설명한 것처럼 Output 탭에서 업데이트된 검출기 효율 곡선을 확인할 수도 있습니다.