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.grating_dispersion(groove_density_per_mm=1200.0, wavelength_nm=550.0, incidence_deg=10.0, order=1, focal_length_mm=100.0, illuminated_width_mm=25.0)(要直接呼叫實作,import gratingspec; gratingspec.grating_dispersion(groove_density_per_mm=1200.0, wavelength_nm=550.0, incidence_deg=10.0, order=1, focal_length_mm=100.0, illuminated_width_mm=25.0);從台帳取用則 opsoptics.get("grating_dispersion"))
求解光柵方程 mλ = d(sin α + sin β),並列出角色散、倒線色散、解析力與重疊的繞射級。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
groove_density_per_mm: 溝の密度 G [本/mm]。溝の間隔は d = 1/G。
wavelength_nm: 波長 λ。incidence_deg: 入射角 α(法線から、Palmer の符号)。order: 次数 m(0 は拒否)。
focal_length_mm: カメラ(結像側)の焦点距離 f(線分散に使う)。illuminated_width_mm: 照らされた格子の幅 W(分散方向)。溝の数 N = W/d。
返り値(table):
• beta_deg —— 回折角 β。deviation_deg = α − β(入射光と回折光のなす角)。
• angular_dispersion_deg_per_nm / angular_dispersion_rad_per_nm —— dβ/dλ = m / (d cos β)。
• reciprocal_linear_dispersion_nm_per_mm —— P = d cos β / (|m| f)。
• anamorphic_magnification —— cos α / cos β(回折光と入射光のビーム幅の比)。
• grooves_illuminated / resolving_power (= |m| N) / resolving_power_max (= 2W/λ) / rayleigh_limit_nm (= λ / (|m| N)) / diffraction_fwhm_nm (= 0.8859 λ / (|m| N))。
• free_spectral_range_nm —— λ / |m|。littrow_deg —— この次数で α = β になる角(無ければ None)。
• orders —— 伝わる全次数の (m, β [deg]) の表。
• overlaps —— 同じ β へ出る他の次数の波長 (m', λ' = mλ/m')(迷光の次数。λ' は 50 nm 以上のみ)。
Raises ValueError: 0 次、伝わらない次数、非正の密度・波長・焦点距離・幅、|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)czerny_turner_design · 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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