发光太阳聚光器的蒙特卡洛光线追踪研究（Matlab代码实现）

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本文目录如下：

目录

1 概述

2 运行结果

3 参考文献

4 Matlab代码及文章

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1 概述

蒙特卡罗技术是一种通过统计方法模拟光子在系统中传播的方法。随机数、累积分布函数（CDF）和概率密度函数（PDF）被用来从函数或谱线（如太阳AM 1.5）中进行抽样。通过这种方式，随机数决定了光子的行进方式，从而避免了复杂的辐射传输方程。

如果x是从均匀分布[0,1]中抽取的随机数，那么CDF可以被设定为x，并可以重新排列以便获得需要随机选择的变量。通过这种方式，CDF下的面积将等于从均匀分布中选择的随机数下的面积，当足够多次地进行抽样选择时，随机选择的变量将能够重新创建原始的概率密度函数。

表面相互作用是该程序的核心。首先确定光子与LSC的哪个面进行相互作用，然后通过调用is_TIR函数检查光子是反射还是透射。如果光子完全内部反射，则根据光子在反射后是否在LSC内或是否与另一个边界相交来设置PH_ACTION的状态。
首先通过whichSurface()函数确定光子与哪个面相交，并返回面的编号。Which surface首先检查光子是否与一个平面相交，然后通过确定光子和平面的交点是否在LSC边界内进行第二次检查。

Is_TIR.m
确定面后，需要确定光子是否在空气/LSC边界发生反射或透射。在光子撞击LSC的一个面后，表面相互作用调用is_TIR函数来确定光子是否完全内部反射（total internal reflection）或透过表面传输。首先从主程序中获取全反射的临界角：

详细讲解见第4部分。

2 运行结果

部分代码：

%% Calculate the CDF of an emission spectrum 

A = csvread('LumRed305_Emission_Spectrum.csv');
wavelength = A(:,1);  % Reads wavelengths from first column 
em = A(:,2); % Reads extinction coef from second column
num = 0;
k = length(em);
sum_Em =0;

P = trapz(em)
 % Numerical integration using trapezoidal method

    for i=1:1:(k-1)
        sum_Em = sum_Em + 0.5*(em(i+1) +em(i))*(wavelength(i+1) - wavelength(i));
    end

    % sumEm is the numerical integral of Flux over all wavelengths
    % calculate CDF_em(i) the cumulative distribution function for any wavelength i
    % Divide C(i) by integral over all wavelengths to normalise the inegral of
    % C(i) to equal 1

    % The following for loop normalises the numerical integration 
    for i=(1:1:(k))
        num =0;
        for(j=1:1:(i-1))
        
            num = num + 0.5*(em(j+1) +em(j))*(wavelength(j+1) - wavelength(j));
        end
     
    CDF_Em(i) = num /sum_Em; % Cumulative distribution function of the Emission spectrum
   
    end
    
    plot(wavelength,CDF_Em) %Plots CDF of emission spectrum
    % The following for loop returns randomly selected emission wavelengths
    % based on the CDF calculated above. The number of randomly emitted photons
    % will equal the length of the vector QY_selected_lambdas
    
    % Save CDF as CSV file for use in photons_emitted function
    t = transpose(CDF_Em);
    w = transpose(wavelength);
    dataToSave = [ wavelength transpose(CDF_Em) ]
    csvwrite('CDF_Emission_Spectrum.csv',dataToSave)

3 参考文献

文章中一些内容引自网络，会注明出处或引用为参考文献，难免有未尽之处，如有不妥，请随时联系删除。

4 Matlab代码及文章