광원(Sources)

COMPASS는 다양한 광학 시나리오를 시뮬레이션하기 위해 여러 조명 광원(illumination source) 유형을 지원합니다.

PlanewaveSource

compass.sources.planewave.PlanewaveSource는 단일 평면파(plane wave) 또는 여러 파장에서의 평면파 세트를 모델링합니다.

생성자

@dataclass
class PlanewaveSource:
    wavelengths: np.ndarray          # 파장 배열 (um)
    theta_deg: float = 0.0           # 극 입사각 (도)
    phi_deg: float = 0.0             # 방위각 (도)
    polarization: str = "unpolarized"  # "TE", "TM", 또는 "unpolarized"

팩토리 메서드

@classmethod
def from_config(cls, source_config: dict) -> PlanewaveSource:

광원 설정 딕셔너리에서 PlanewaveSource를 생성합니다. 세 가지 파장 모드를 지원합니다:

단일 파장:

source:
  wavelength:
    mode: single
    value: 0.55     # 550 nm

파장 스윕(sweep):

source:
  wavelength:
    mode: sweep
    sweep:
      start: 0.38   # 380 nm
      stop: 0.78    # 780 nm
      step: 0.01    # 10 nm 간격

파장 목록:

source:
  wavelength:
    mode: list
    values: [0.45, 0.55, 0.65]

속성(Properties)

속성	타입	설명
theta_rad	float	극각 (라디안)
phi_rad	float	방위각 (라디안)
n_wavelengths	int	파장 수
is_unpolarized	bool	TE+TM 평균이 필요한지 여부

메서드

get_polarization_runs

def get_polarization_runs(self) -> List[str]:

비편광(unpolarized)인 경우 ["TE", "TM"]을 반환하고, 편광(polarized)인 경우 ["TE"] 또는 ["TM"]을 반환합니다.

편광 상태 뷰어

3D 투시도에서 애니메이션 전기장 벡터 전파를 통해 다양한 편광 상태를 시각화합니다.

편광:TE (s-편광)TM (p-편광)원형 편광 (RCP)원형 편광 (LCP)타원 편광비편광

속도: 1.0x

편광 유형:우원형 편광

Ex:E0 cos(wt-kz)

Ey:E0 sin(wt-kz)

Jones 벡터:[1, -i] / sqrt(2)

to_solver_params

def to_solver_params(self) -> dict:

솔버 호환 매개변수 딕셔너리로 변환합니다. 키: wavelengths, theta_rad, phi_rad, polarization, polarization_runs.

ConeIllumination

compass.sources.cone_illumination.ConeIllumination은 주광선각(Chief Ray Angle, CRA)과 f-넘버(f-number)로 지정된 카메라 렌즈의 사출 동공 조명(exit-pupil illumination)을 모델링합니다.

생성자

class ConeIllumination:
    def __init__(
        self,
        cra_deg: float = 0.0,
        f_number: float = 2.0,
        n_points: int = 37,
        sampling: str = "fibonacci",
        weighting: str = "cosine",
    ):

매개변수:

• cra_deg -- 주광선각(Chief Ray Angle) (도 단위). 조명 콘의 중심 방향입니다.
• f_number -- 렌즈 f-넘버. 콘 반각을 결정합니다: ${\theta }_{half}=\arcsin (1/2F)$.
• n_points -- 콘 내부의 각도 샘플링 포인트 수.
• sampling -- 샘플링 방법: "fibonacci" (기본값), "rings", "halton", "hammersley", "gauss" / "gaussian_quadrature", 또는 "grid".
• weighting -- 각도 가중치: "uniform", "cosine" (기본값), "cos4", 또는 "gaussian".

인터랙티브 콘 조명 뷰어

CRA(주광선 각도)와 콘 반각이 픽셀 조명에 미치는 영향을 시각화합니다. 콘은 방향별 평행 광선 묶음들로 표현되며, 각 묶음은 마이크로렌즈와 고굴절률 스택을 통과하면서 스넬 법칙에 따라 굴절되어 방향별 초점으로 수렴합니다.

CRA 각도: 10.0°

콘 반각: 14.5°

CRA:10.0°

마이크로렌즈 시프트:0.217 um

f/#:2.0

입체각:0.200 sr

설정

source:
  type: cone_illumination
  cone:
    cra_deg: 15.0
    f_number: 2.0
    pupil_shape: circular
    sampling:
      type: fibonacci
      n_points: 37
    weighting: cosine

메서드

get_sampling_points

def get_sampling_points(self) -> List[Tuple[float, float, float]]:

조명 콘의 각도 샘플링을 나타내는 (theta_deg, phi_deg, weight) 튜플 리스트를 반환합니다. 가중치의 합은 1로 정규화됩니다.

샘플링 방법

피보나치 나선(Fibonacci spiral): 황금비(golden ratio)를 사용하여 콘 캡 위에 준균일 샘플링을 생성합니다. 정규 그리드보다 적은 포인트로 우수한 각도 커버리지를 제공합니다.

동일 면적 ring(Equal-area rings): cone cap을 동심 band로 나누고, 둘레가 큰 바깥 ring에 더 많은 방위각 샘플을 배치합니다. 눈으로 검토하기 쉬운 deterministic 패턴이 필요할 때 유용합니다.

Halton: cone cap 위의 low-discrepancy 샘플링입니다. 눈에 띄는 각도 대칭 없이 deterministic 수렴 확인을 할 때 유용합니다.

Hammersley: cone cap 위의 fixed-budget low-discrepancy point set입니다. 시뮬레이션 전에 n_points를 정하고 실행할 때 사용합니다.

Gauss-Legendre: radial angle 방향 quadrature node와 균일 방위각 샘플을 사용합니다. n_points를 정확히 맞추는 것보다 적분 정확도가 중요할 때 사용합니다.

그리드(Grid): legacy 극좌표 $N_{\theta }\times N_{\varphi }$ 그리드입니다. 각도 기준으로는 균일하지만 cone 중심 부근에서 과샘플링(over-sampling)됩니다.

가중치 옵션

가중치	수식	사용 사례
uniform	$w=1$	모든 각도에 동일한 가중치
cosine	$w=\cos \theta$	램버시안 조명(Lambertian illumination) (기본값)
cos4	$w={\cos }^4\theta$	보다 현실적인 카메라 렌즈 감쇠
gaussian	$w=\exp (-{\theta }^2/2{\sigma }^2)$	아포다이즈된 조명(apodized illumination)

COMPASS에서의 사용

콘형 조명(cone illumination)은 평면파 시뮬레이션의 가중 합으로 구현됩니다:

$${\text{QE}}_{\text{cone}}=\sum _i{w}_i\cdot \text{QE}({\theta }_i,{\varphi }_i)$$

러너(runner)는 샘플링 포인트마다 하나의 RCWA 또는 FDTD 시뮬레이션을 수행하고 결과를 평균합니다.

RayFileReader

compass.sources.ray_file_reader는 광학 설계 도구(예: Zemax)의 광선 데이터를 가져옵니다.

설정

source:
  ray_file:
    enabled: true
    path: "data/zemax_rays.json"
    format: zemax_json    # 또는 "csv"

이를 통해 렌즈 설계 시뮬레이션에서 현실적인 조명 조건을 직접 가져올 수 있습니다.

광원 설정 레퍼런스

source:
  type: "planewave"              # "planewave" 또는 "cone_illumination"
  wavelength:
    mode: "single"               # "single", "sweep", 또는 "list"
    value: 0.55                  # 단일 모드용
    sweep:                       # 스윕 모드용
      start: 0.38
      stop: 0.78
      step: 0.01
    values: [0.45, 0.55, 0.65]  # 목록 모드용
  angle:
    theta_deg: 0.0               # 극각 (도)
    phi_deg: 0.0                 # 방위각 (도)
  polarization: "unpolarized"    # "TE", "TM", 또는 "unpolarized"
  cone:                          # cone_illumination 유형용
    cra_deg: 0.0
    f_number: 2.0
    pupil_shape: "circular"
    sampling:
      type: "fibonacci"
      n_points: 37
    weighting: "cosine"
  ray_file:                      # 외부 광선 가져오기
    enabled: false
    path: ""
    format: "zemax_json"