spectrometer op• 資料種類:table → table
• 呼叫: import fullseye as fs; fs.ledger.spectrometer_bandpass(design, slit_width_um=25.0, pixel_um=14.0, input_na=0.1, wavelengths_nm=None, slit_height_mm=1.0, pupil='circular')(要直接呼叫實作,import gratingspec; gratingspec.spectrometer_bandpass(design, slit_width_um=25.0, pixel_um=14.0, input_na=0.1, wavelengths_nm=None, slit_height_mm=1.0, pupil='circular');從台帳取用則 opsoptics.get("spectrometer_bandpass"))
依波長由狹縫、像素與繞射給出光譜儀的頻寬(儀器線型的半高全寬)。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
design: czerny_turner_design の表。
slit_width_um: 入口スリットの幅 w。0 は理想の点(回折と画素だけが残る)。
pixel_um: 検出器の画素の幅(分散方向)。0 は理想の連続の検出器。
input_na: スリットに入る光の NA(コリメータで平行になったビームの直径 D = 2 f_col tan(asin NA) を決め、
照らされた溝の数 N = D / (d cos α) と回折の線幅を決める)。
wavelengths_nm: 評価する波長(None なら帯域の 5 点)。
slit_height_mm: スリットの高さ(エタンデュだけに効く)。
pupil: "circular"(円いビーム、既定)/ "rectangular"(一様に照らした矩形 = 教科書の mN)。
返り値(table、波長ごとの配列):
• slit_image_um —— w' = w (f_cam / f_col)(cos α / cos β)(Palmer (8-11a)、焦点面の上、収差なし)。
• reciprocal_dispersion_nm_per_mm —— P = d cos β / (|m| f_cam)(焦点面の上)。
• slit_image_flat_um / reciprocal_dispersion_flat_nm_per_mm / obliquity_factor —— カメラの軸に垂直な平らな検出器の上(局所の倍率 1 / cos²(β − β_c)、czerny_turner_design の写像 x = f tan(β − β_c) と同じ)。装置関数と FWHM はこちらで作る。積 w' P(スリットで決まる帯域)はどちらでも同じ。
• slit_limited_nm (= w d cos α / (|m| f_col)、β に依らない) / pixel_limited_nm (= p P) / palmer_bandpass_nm (= P sup(w', p)、Palmer (8-12)) / diffraction_fwhm_nm(回折だけの FWHM)/ rayleigh_limit_nm (= λ / (|m| N))。
• fwhm_um / fwhm_nm —— 装置関数(回折 ⊗ スリットの像 ⊗ 画素)の FWHM。
• resolving_power (= λ / FWHM) / grating_resolving_power (= |m| N) / pixels_per_fwhm。
• regime —— 最も幅の大きい寄与("slit" / "pixel" / "diffraction")。
• line_shapes —— 波長ごとの装置関数 pairs(Δλ [nm], 最大 1 に正規化)。
• etendue_mm2sr —— スリットの面積 × π NA²(スループットはこれに比例する。w と分解能の取引)。
Raises ValueError: 設計の表でない、帯域の外の波長、NA が (0, 0.95] の外、幅が負、瞳の名前の誤り。
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 · czerny_turner_design · 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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