spectrometer op• 資料種類:無 → table(僅由參數決定的運算子 —— 不接受影像或資料輸入)
• 呼叫: import fullseye as fs; fs.ledger.czerny_turner_design(groove_density_per_mm=1200.0, wavelength_min_nm=500.0, wavelength_max_nm=750.0, incidence_deg=9.0, collimator_f_mm=52.083, detector_length_mm=28.672, collimator_offaxis_deg=6.5, order=1, camera_f_mm=None, n_curve=41)(要直接呼叫實作,import gratingspec; gratingspec.czerny_turner_design(groove_density_per_mm=1200.0, wavelength_min_nm=500.0, wavelength_max_nm=750.0, incidence_deg=9.0, collimator_f_mm=52.083, detector_length_mm=28.672, collimator_offaxis_deg=6.5, order=1, camera_f_mm=None, n_curve=41);從台帳取用則 opsoptics.get("czerny_turner_design"))
Czerny–Turner 光譜儀(平面光柵 + 兩片凹面鏡)的一階設計:相機焦距、消彗差的鏡面角與波長映射。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
groove_density_per_mm / order / incidence_deg: 格子と入射角 α(中心波長でも端でも同じ α)。wavelength_min_nm / wavelength_max_nm: 検出器に並べる帯域。中心 λ_c はその中点で、検出器の中央に来る。
collimator_f_mm: コリメータ鏡の焦点距離(曲率半径の半分)。detector_length_mm: 検出器の長さ L(分散方向)。帯域の両端が検出器の両端に乗るようにカメラの f を決める。collimator_offaxis_deg: コリメータ鏡の軸外し角 θ₁(入射と反射のなす角の半分)。
camera_f_mm: カメラ鏡の焦点距離を与える(None なら帯域が L にちょうど乗る値を厳密に解く)。
n_curve: 波長 → 位置の写像の標本数。
返り値(table、kind = "czerny_turner"。下流の op がそのまま受ける):
• center_wavelength_nm / beta_center_deg / deviation_deg(α − β_c)。
• camera_f_mm(使った値)/ camera_f_linear_mm(線形近似 f = L d cos β_c / (m Δλ)、Feng 2021 の式 (16))/ camera_f_exact_mm(像の写像 x = f tan(β − β_c) で両端が L に乗る値)。
• mirror_radii_mm —— (2 f_col, 2 f_cam)。
• shafer_offaxis_deg —— Shafer の条件でコマを消すカメラ鏡の軸外し角 θ₂。
• dispersion_curve —— pairs(λ [nm], 検出器の位置 x [mm])。nonlinearity_mm は直線からの最大のずれ。
• reciprocal_dispersion_nm_per_mm —— (端, 中心, 端) の P。
• detector_coverage_mm —— 帯域の両端の位置。second_order_band_nm —— 帯域へ 2 次で重なる波長の範囲(λ_min/2 〜 λ_max/2)。order_overlap_from_nm —— 帯域の中の光自身が 2 次で重なり始める波長(2 λ_min が帯域内なら。無ければ None)。
Raises ValueError: 帯域が逆・帯域の一部が伝わらない、検出器に乗らない、Shafer の解が無い、非正の長さ、|α| ≥ 90°。
optics 的每個運算子都先檢驗輸入再計算(不讓任何東西無聲通過):
• 單位寫進參數名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不會當掉,而是給出「看似合理卻是錯的答案」,所以用命名來防。這裡絕不從數值大小去猜單位。
• 字串一律 ValueError —— float('50') 會成功,於是未解析的設定值會被當成長度混進來(實測:thin_lens('50', '200') 曾回傳看似合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隱式提升拒絕。
• complex / masked array 一律 ValueError(僅接受實數槽位;拒絕無聲丟棄虛部或剝掉遮罩)。所有輸入中的 NaN/Inf 一律 ValueError。
• 逐項點名拒絕除零及其近親:焦距 0、曲率半徑 0、折射率 <= 0、全不透明光闌(全為 0,正規化變成 0/0)、總和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 向量、物體位於前焦點(像在無窮遠)。
• 只有兩個運算子會回傳非有限值,而且都寫進了契約:depth_of_field 在超焦距以外回傳 far_mm = inf(這正是超焦距的定義),gaussian_beam 在束腰處回傳 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半徑)。兩者都同時回傳一個有限的夥伴(far_is_infinite / curvature_per_mm)。除此之外的無聲 NaN/Inf 都在內部檢出並 ValueError ——「float64 溢位了」和「答案是無窮大」是兩種不同的主張,不能拿後者的臉去交付前者。
• 尺寸上限:生成網格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,傳入的場/PSF/光闌受 optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24),ABCD 元件序列受 optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024),Zernike 受 MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。以 fail-closed 堵住「小參數引發巨大內部配置」的路徑(實測:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。
• 物理上不可能的狀態同樣拒絕:偏振度 > 1 的 Stokes 向量、負穿透率、負強度、n-|m| 為奇數等非法 Zernike 指標。
• 範例資料目錄(下載 URL / 授權) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有領域)加合成圖,3-D 給出真實資料源(Stanford/PDS 等)的下載 URL。
• 運算子來歷與參考文獻 —— 該運算子族所依據的研究/方法出處。
• 演算法的正典(作者、年份)與用途見上面的族使用指南。
• poc_spectrometer_illumination — py -3.11 examples/poc_spectrometer_illumination.py
table 作為輸入)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
spectrometer)grating_dispersion · spectrometer_bandpass · spectrometer_slit_image · spectrometer_spectrum
*Provenance: gratingspec.py — OPTICS 運算子登記表。本條目由 tools/opdocs.py md 自動產生(請勿手動編輯)。*
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