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偏移功能模擬熒光。

熒光一詞主要用來描述光被物體吸收并發(fā)射出不同波長光（一般為波長更長的光）的過程。光線通常情況下也會沿不同方向發(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程。

OpticStudio中自帶的示例文件 (Fluorescence Example.ZMX) 就是用來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。在這個簡單的系統(tǒng)中，我們使用一個橢圓光源 (Source Ellipse) 來向三維物體發(fā)射平行光，其中物體體積具有體散射屬性。每根光線的波長為0.450μm，這是由系統(tǒng)設(shè)置中的1號波長定義的。

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) 選項卡下光線追跡 (Ray Trace) 欄的體散射 (Bulk Scattering) 選項中進行設(shè)置：

在本例中，光源發(fā)射光線的采樣方法為索伯采樣“Sobol”。這是因為相比其他隨機算法，使用索伯算法產(chǎn)生的光線分布具有更優(yōu)的隨機性。有關(guān)索伯采樣的詳細內(nèi)容請查閱Zemax用戶手冊“Non-sequential Components”一章，或參考知識庫文章“Understanding Sobol Sampling”，您也可以在公眾號MAX講堂的非序列標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) 分布對體散射進行定義，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)為熒光波長偏移定義欄。它用來定義體散射中的波長變化。這里使用的數(shù)據(jù)輸入格式為“in, out, prob”，其中“in”為輸入光的波長編號，“out”為輸出光的波長編號，“prob”為體散射過程中波長發(fā)生偏移的相對概率。在本例中，在發(fā)生體散射時，波長編號為1的輸入光 (0.450μm) 將以100%的概率發(fā)生波長飄移，波長轉(zhuǎn)變?yōu)?號波長 (0.650μm) 。通過這個工具，我們可以在OpticStudio中通過體散射模型對熒光中的波長偏移進行模擬。通常來講，在波長飄移中定義的波長并不是單一波長，并且發(fā)生體散射的光線也不一定會發(fā)生波長偏移，您可以閱讀Zemax用戶手冊“Non-sequential Components”一章中的“Wavelength Shift”工具了解更多波長偏移的定義方式。

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

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

您可以閱讀Zemax用戶手冊中“Polarization Analysis”一章查看該定義類型的詳細信息，您也可以參考知識庫文章“How to Model a Dichroic Beam Splitter”。

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

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

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

過濾出波長偏移的光線后，布局圖如下圖所示：

您可以在Zemax用戶手冊“Non-Sequential Components”一章中查閱更多有關(guān)字符串過濾的資料，您也可以閱讀知識庫文章“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，希望本文對您的工作有所幫助！