grating_interf op• 数据种类:无 → table(仅由参数决定的算子 —— 不接受图像或数据输入)
• 调用: import fullseye as fs; fs.ledger.talbot_carpet(period_um=4.0, wavelength_nm=None, energy_kev=None, grating='pi', duty=0.5, z_max_mm=None, n_z=241, n_x=128, n_periods=2, n_harmonics=63, model='exact')(要直接调用实现,import gratinginterf; gratinginterf.talbot_carpet(period_um=4.0, wavelength_nm=None, energy_kev=None, grating='pi', duty=0.5, z_max_mm=None, n_z=241, n_x=128, n_periods=2, n_harmonics=63, model='exact');从台账取用则 opsoptics.get("talbot_carpet"))
塔尔博特地毯:以衍射级次之和的闭式给出二值光栅(π 相位 / π/2 相位 / 吸收)后方的强度 I(x, z)。
> 以下的详细说明为原文 —— 摘要与标题已翻译。
格子 1 周期の透過 t(x)(線の幅の割合 duty で t_a、残りで t_b)のフーリエ係数 c_n は閉形式 c_n = (t_a − t_b)(1 − e^{−2πi n·duty})/(2πi n)、c_0 = t_a·duty + t_b(1 − duty)。平面波で照らした場は u(x, z) = Σ c_n e^{2πi n x/p} e^{i k_z(n) z}。
model:
"exact" k_z = 2π √(1/λ² − n²/p²)(角スペクトルの厳密な伝搬。1/λ < |n|/p の次数はエバネッセントで減衰)。
"paraxial" k_z ≈ 2π/λ − πλ n²/p²(Fresnel)。z_T = 2p²/λ で強度が z = 0 と厳密に同じになる(自己像)。
z_max での 1 次の位相誤差 πλ³z/(4p⁴)… が 0.1 rad を超えるときは拒否する("exact" を使う)。
縞の可視度 visibility(z ごと)は、縞の周期の次数 h(位相 π の格子は h = 2 = 周期 p/2、他は h = 1)の強度の係数 2|I_h|/I_0 で、係数の積から直接出す(x の標本化に依らない)。方形波の縞が完全に結ぶと 4/π。
z_max_mm: None ならタルボ長 z_T = 2p²/λ の 1 周期分。n_harmonics: 和を打ち切る次数 N(係数は 1/n で減るので、角の Gibbs の波打ちは残る —— 図用。距離と可視度は打ち切りにほぼ依らない)。
返り値 dict: intensity(n_z, n_x)/ z_mm / x_um / visibility(n_z)/ fringe_harmonic(h)/ talbot_length_mm / self_image_mm(talbot_grating_design の分数タルボ距離のうち z_max までのもの)/ wavelength_nm / model / paraxial_phase_error_rad(z_max での 1 次の近軸の位相誤差)。Raises ValueError: 正でない周期・波長・z_max、wavelength_nm と energy_kev の両方、未知の grating・model、duty が (0, 1) の外、n_z・n_x・n_periods・n_harmonics が範囲の外、近軸の誤差が大きすぎる。
optics 的每个算子都先校验输入再计算(不让任何东西无声通过):
• 单位写进参数名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不会崩溃,而是给出「看着合理却是错的答案」,所以用命名来防。这里绝不从数值大小去猜单位。
• 字符串一律 ValueError —— float('50') 会成功,于是未解析的配置值会被当成长度混进来(实测:thin_lens('50', '200') 曾返回看着合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隐式提升拒绝。
• complex / masked array 一律 ValueError(仅接受实数槽位;拒绝无声丢弃虚部或剥掉掩码)。所有输入中的 NaN/Inf 一律 ValueError。
• 逐项点名拒绝除零及其近亲:焦距 0、曲率半径 0、折射率 <= 0、全不透明光阑(全为 0,归一化变成 0/0)、总和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 矢量、物体位于前焦点(像在无穷远)。
• 只有两个算子会返回非有限值,而且都写进了契约:depth_of_field 在超焦距以外返回 far_mm = inf(这正是超焦距的定义),gaussian_beam 在束腰处返回 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半径)。两者都同时返回一个有限的搭档(far_is_infinite / curvature_per_mm)。除此之外的无声 NaN/Inf 都在内部检出并 ValueError ——「float64 溢出了」和「答案是无穷大」是两种不同的主张,不能拿后者的脸去交付前者。
• 尺寸上限:生成网格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,传入的场/PSF/光阑受 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「小参数引发巨大内部分配」的路径(实测:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。
• 物理上不可能的状态同样拒绝:偏振度 > 1 的 Stokes 矢量、负透过率、负强度、n-|m| 为奇数等非法 Zernike 指标。
• 示例数据目录(下载 URL / 许可证) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有领域)加合成图,3-D 给出真实数据源(Stanford/PDS 等)的下载 URL。
• 算子来历与参考文献 —— 该算子族所依据的研究/方法出处。
• 算法的正典(作者、年份)与用途见上面的族使用指南。
• grating_interferometry — py -3.11 examples/grating_interferometry.py
• poc_grating_interferometry — py -3.11 examples/poc_grating_interferometry.py
table 作为输入)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
grating_interf)talbot_grating_design · grating_stepping_simulate · grating_three_image_retrieve · darkfield_scatter_relation · talbot_source_visibility · grating_step_period_estimate · dpc_integrate
*Provenance: gratinginterf.py — OPTICS 算子登记表。本条目由 tools/opdocs.py md 自动生成(请勿手工编辑)。*
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