這篇文章解釋了如何在OpticStudio非序列模式下使用體散射中的波長(zhǎng)偏移功能模擬熒光。

熒光一詞主要用來(lái)描述光被物體吸收并發(fā)射出不同波長(zhǎng)光（一般為波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光）的過(guò)程。光線通常情況下也會(huì)沿不同方向發(fā)射。我們可以使用OpticStudio非序列模式下的體散射功能模擬這一過(guò)程。

OpticStudio中自帶的示例文件 (Fluorescence Example.ZMX) 就是用來(lái)演示如何在非序列下模擬熒光物體。該文件位于Zemax > Samples > Non-sequential > Scattering文件夾中。在這個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中，我們使用一個(gè)橢圓光源 (Source Ellipse) 來(lái)向三維物體發(fā)射平行光，其中物體體積具有體散射屬性。每根光線的波長(zhǎng)為0.450μm，這是由系統(tǒng)設(shè)置中的1號(hào)波長(zhǎng)定義的。

在本例中每條光線在介質(zhì)中最多只發(fā)生一次體散射，散射次數(shù)可以在非序列元件編輯器(Non-sequential Component) 光源物體的物體屬性中的光源 (Sources) 選項(xiàng)卡下光線追跡 (Ray Trace) 欄的體散射 (Bulk Scattering) 選項(xiàng)中進(jìn)行設(shè)置：

在本例中，光源發(fā)射光線的采樣方法為索伯采樣“Sobol”。這是因?yàn)橄啾绕渌S機(jī)算法，使用索伯算法產(chǎn)生的光線分布具有更優(yōu)的隨機(jī)性。有關(guān)索伯采樣的詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)查閱Zemax用戶手冊(cè)“Non-sequential Components”一章，或參考知識(shí)庫(kù)文章“Understanding Sobol Sampling”，您也可以在公眾號(hào)MAX講堂的非序列標(biāo)簽下找到這篇文章的中文版本。

在散射介質(zhì)中，我們使用角度散射 (Angel Scattering) 分布對(duì)體散射進(jìn)行定義，該定義欄位于散射物體的物體屬性 > 體散射 (Volume Physics) 選項(xiàng)卡中，在本例中平均自由程 (mean free path) 為0.5mm，最大散射角為10°：

在散射模型定義欄右側(cè)為熒光波長(zhǎng)偏移定義欄。它用來(lái)定義體散射中的波長(zhǎng)變化。這里使用的數(shù)據(jù)輸入格式為“in, out, prob”，其中“in”為輸入光的波長(zhǎng)編號(hào)，“out”為輸出光的波長(zhǎng)編號(hào)，“prob”為體散射過(guò)程中波長(zhǎng)發(fā)生偏移的相對(duì)概率。在本例中，在發(fā)生體散射時(shí)，波長(zhǎng)編號(hào)為1的輸入光 (0.450μm) 將以100%的概率發(fā)生波長(zhǎng)飄移，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)?號(hào)波長(zhǎng) (0.650μm) 。通過(guò)這個(gè)工具，我們可以在OpticStudio中通過(guò)體散射模型對(duì)熒光中的波長(zhǎng)偏移進(jìn)行模擬。通常來(lái)講，在波長(zhǎng)飄移中定義的波長(zhǎng)并不是單一波長(zhǎng)，并且發(fā)生體散射的光線也不一定會(huì)發(fā)生波長(zhǎng)偏移，您可以閱讀Zemax用戶手冊(cè)“Non-sequential Components”一章中的“Wavelength Shift”工具了解更多波長(zhǎng)偏移的定義方式。

為了測(cè)試波長(zhǎng)偏移工具正常工作，在示例系統(tǒng)中還設(shè)置了一個(gè)矩形體，并且該矩形體的前表面有一個(gè)名為“BEAMSPLIT”的鍍膜：

該鍍膜類型是在OpticStudio安裝時(shí)自帶的膜層文件COATING.DAT文件中進(jìn)行定義的：

您可以閱讀Zemax用戶手冊(cè)中“Polarization Analysis”一章查看該定義類型的詳細(xì)信息，您也可以參考知識(shí)庫(kù)文章“How to Model a Dichroic Beam Splitter”。

根據(jù)BEAMSPLIT的膜層定義，所有波長(zhǎng)為0.450μm的光線將被反射，并且所有波長(zhǎng)為0.650μm的光線將透射穿過(guò)該膜層。我們可以從布局圖中查看膜層的分光結(jié)果。此時(shí)我們需要將布局圖中光線的顏色顯示(Color Rays By)選為“波長(zhǎng)(Wavelength)”:

正確設(shè)置后我們可以看到在布局圖中，所有沒(méi)有發(fā)生體散射的光線被第二個(gè)長(zhǎng)方體物體的前表面膜層反射，發(fā)生體散射的光線則穿過(guò)了該表面：

在布局圖中我們還可以使用字符串過(guò)濾功能來(lái)挑選出發(fā)生體散射波長(zhǎng)偏移的光線。這里我們需要使用的過(guò)濾字符串為X_WAVESHIFT(i,j)，其中i為輸入波長(zhǎng)的編號(hào)，j為輸出波長(zhǎng)的編號(hào)。本例中，我們需要設(shè)置的字符串如下圖所示：

過(guò)濾出波長(zhǎng)偏移的光線后，布局圖如下圖所示：

您可以在Zemax用戶手冊(cè)“Non-Sequential Components”一章中查閱更多有關(guān)字符串過(guò)濾的資料，您也可以閱讀知識(shí)庫(kù)文章“How to Perform Stray Light Analysis”。有關(guān)使用體散射模擬介質(zhì)的熒光特性就和大家介紹到這里啦，希望本文對(duì)您的工作有所幫助！