grating_wavelengths — OPTICS appearance op

資料種類:vector(僅由參數決定的運算子 —— 不接受影像或資料輸入)

呼叫:import matappear; matappear.grating_wavelengths(pitch_um, sin_in, sin_out, orders=(1, 2, 3)) -> 'np.ndarray'(或 opsoptics.get("grating_wavelengths"))

用法

對 λ 求解光柵方程 d(sinθ_out − sinθ_in) = mλ。

> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。

pitch_um: 溝間隔 d [µm]。CD は 1.6、DVD は 0.74(公開規格値)。

sin_in / sin_out: 入射 / 出射方向の格子面内成分の sin(配列可、ブロードキャスト)。

orders: 次数 m のシーケンス(0 は無限大になるので除外する)。

返り値: (..., len(orders)) の波長 [nm]。可視域外の解もそのまま返す(呼び手が

等色関数に通せば自動的に 0 になる — ここで黙って切ると「なぜ色が出ないか」が消える)。

該族通用的輸入契約(fail-closed)

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。

詳細使用指南

optics_imaging 族使用指南

背景知識指南(該運算子背後的物理與規範)

colorimetry — 測色と分光の知識 — 色は「分光 × 光源 × 観測者」でしか決まらない

mv_illumination_practice — 照明の実務知識 — 波長・偏光・点灯方式・外光・安全

參考(範例資料・文獻)

• 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

可執行的範例(實際呼叫該運算子並已驗證的樣例)

appearance_structural_colourpy -3.11 examples/appearance_structural_colour.py

型別可銜接的下一個運算子(可接受 vector 作為輸入)

同類別(appearance)

cie_xyz_from_wavelength · spectrum_to_srgb · thin_film_reflectance · grating_rgb · thin_film_rgb · ward_anisotropic


*Provenance: matappear.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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