光路工作台OPTICAL BENCH

01 / 从光源开始

光功率均为时间平均值。新增宽带光源在设定范围内采样 41 个等宽谱段，按平坦谱 / Planck 谱 / LED 高斯谱归一到总功率。波长范围可设 200–3000 nm，超出可见范围的颜色仅为伪彩。每束激光用 1 条中心光线，或 9 条等功率平行光线表示，Pᵢ = P₀ / N。几何坐标单位 mm，角度为法线相对页面 x 轴，y 向下。非可见波段用虚线伪彩表示。束宽为几何采样宽度，不是高斯光束的 1/e² 半径。

02 / 遇到器件时

求出距离最近且落在有限口径内的交点。镜面反射 d′ = d − 2(d · n)n；分光镜 Pₜ = TP，Pᵣ = (1 − T)P。透镜在局部坐标用近轴关系 u′ = u − h/f；ND 片 P′ = P × 10⁻ᴼᴰ；偏振片/PBS/波片用归一 Jones 分量计算。半波/四分之一波片对慢轴分别加 π / π/2 相位。光谱滤片通带透射率可调，阻带透射为 min(T通带,10⁻ᴼᴰ)，是阶跃边缘近似。二向色镜长波透、短波反，R=1−T。物镜沿用近轴薄透镜，几何有效口径 min(D,2|f|NA)，不等价于高 NA 成像。透射光栅使用 sin θₘ = sin θᵢ + mλ/d，显示 −1、0、+1 级，功率份额为 η、1 − 2η、η；无法传播的级次计入损耗。这里的效率由用户设定，不是实际光栅的标定曲线。

03 / 光信号变成仪器读数

光功率计累加入射光线 P = ΣPᵢ。有效响应度 ℛ 由用户设定，光电流 I = ℛP（P 用 W）；跨阻输出 V = GI。平衡探测器两个入射窗口分别为＋和−，V = Gℛ(P₊ − P₋)。本版假设两通道匹配，不加入噪声、饱和或真实器件的波长依赖。

示波器通过电连接读取探测器：P(t) = P̄[1 + m sin(2πfₘt + φ)]。采用单个一阶低通，f꜀ = min(探测器带宽, 示波器带宽)，调制幅值乘 1/√[1 + (fₘ/f꜀)²]，相位减去 arctan(fₘ/f꜀)。光谱仪以各波长的入射功率生成面积归一的高斯谱线，σ = FWHM / 2.35482；显示为 mW/nm。

04 / 反射谱、PL 与 Raman

反射样品 R(λ)=R₀[1−d exp(−4ln2((λ−λc)/w)²)]，T=1−R−A。反射仪在相同光源、滤片和收集几何下，以理想 R=1 标准替换反射样品，逐波长计算 R测=P测/P参考；没有参考信号的波段不输出比值。

PL 以高斯光子分布建模：Pⱼ=P入 A Φ C (λ激发/λⱼ) wⱼ，Σwⱼ=1；只发射长于激发波长的光子。拉曼所选一或两个模式等权，λs=10⁷/(10⁷/λ激发−Δν)，散射份额 ε 后的弹性光按 1−ε 分配，Pⱼ=P入 ε C (λ激发/λⱼ) wⱼ；剩余含热损耗和未收集光。发光首次发生后不会再递归激发发光，以限制级联模型。

拉曼图横轴 Δν=10⁷(1/λ激发−1/λ) cm⁻¹，单位换算 Sν=Sλ λ²/10⁷。谱图将等宽谱段与面积归一的仪器高斯响应卷积。锁相仪只选与参考同频的正弦分量，按 RMS 输出 X=(V峰/√2)cosφ、Y=(V峰/√2)sinφ；不模拟有限时间积分和噪声。

05 / 显微镜与材料标签

无限远校正显微镜以两个理想薄透镜逐面追迹。样品在物镜前焦面时，物镜出射平行束，再由管镜在其后焦面成像；横向放大率 M=−f管/f物，负号表示倒像。物镜几何口径为 min(D,2f物NA)，管镜具有独立口径。物镜与管镜间距可调，但会影响有限口径的收集。相机只显示一维光线落点与功率加权 RMS，不生成虚构显微照片；当前单一发光收集方向不是完整角度分布或三维高 NA 成像。

材料库为 MoS₂、WS₂、MoSe₂、WSe₂、Graphene、hBN。材料名、化学式、层数、温度和基底不直接推导光谱；点击载入示例才采用文献启发的近似峰位和自定强度/宽度/产率。每个材料的参考资料在样品属性中。自定义异质结标记不会自动生成莫尔激子谱。

显微镜参考：Evident · 无限远系统与放大率。

06 / 功率核对与适用范围

总发射 1 = 探测 / 吸收及未收集 1 ＋ 离开台面 0 ＋ 截断 0 mW。器件事件可能包括多次经过同一器件，不能将事件功率总和当作最终能量。

这是二维几何光学和理想化电读出模型。重叠光束按功率相加，不计算相位干涉、衍射、Fresnel 系数、像差、材料色散、Gaussian q 或泵浦探测动力学。PL / Raman 新增的是用户可调参数模型，不是材料电子/声子结构的第一性原理或实测数据库。透镜以近轴条件为前提；读数用于搭建和理解光路，真实实验仍需按具体器件标定。

源码研究与几何算法参考 Ray Optics、OptiBench；局部几何函数改编自 OptiBench，MIT 署名与修改说明。物理背景：近轴 ABCD / 平衡探测（RP Photonics Encyclopedia，R. Paschotta）。