michelson_dc_readout — OPTICS `cavity` 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.michelson_dc_readout(power_w: 'float' = 1.0, arm_length_m: 'float' = 1.0, wavelength_nm: 'float' = 1064.0, *, dc_offset_rad: 'float' = 0.1, strain: 'float' = 0.0) -> 'dict'(要直接呼叫實作,import cavityoptics; cavityoptics.michelson_dc_readout(power_w: 'float' = 1.0, arm_length_m: 'float' = 1.0, wavelength_nm: 'float' = 1064.0, *, dc_offset_rad: 'float' = 0.1, strain: 'float' = 0.0) -> 'dict';從台帳取用則 opsoptics.get("michelson_dc_readout"))

用法

從暗條紋偏移 φ₀ 的 Michelson 干涉儀：反對稱埠光功率、應變靈敏度與散粒雜訊極限。

> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。

Parameters

power_w : float

ビームスプリッタに入る光量 P_in [W]。

arm_length_m : float

腕の長さ L [m] (単純 Michelson。共振器の利得は cavity_strain_transfer で別に掛ける)。

wavelength_nm : float

波長 [nm]。

dc_offset_rad : float

暗縞からのオフセット位相 φ₀ [rad] (0 < φ₀ < π)。

strain : float

ひずみ h(腕の差 ΔL = hL)。

Returns

dict

p_out_w = P_in sin²((φ₀ + 4πhL/λ)/2)、slope_w_per_strain = dP/dh

= P_in sin(φ₀ + 4πhL/λ)·2πL/λ、shot_noise_w_per_rthz = √(2ħω P_out)、

h_shot_per_rthz = 散射雑音/傾き、h_shot_limit_per_rthz = φ₀ → 0 の極限

(1/2L)√(ħcλ/πP_in)、phase_total_rad。

Notes

散射雑音限界は小さなオフセットで h_shot = (1/2L)√(ħcλ/πP_in)/cos(φ_total/2)、φ → 0 で極限値に収束する(オフセットを下げるほど光量は減るが感度の比は変わらない —— DC 読み出しが成り立つ理由)。tests は傾きを有限差分で独立に求めて突き合わせる。

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

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)

• poc_gw_detector_pseudo_simulation — py -3.11 examples/poc_gw_detector_pseudo_simulation.py

型別可銜接的下一個運算子(可接受 `table` 作為輸入)

abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd

同類別(`cavity`)

fabry_perot_response · cavity_strain_transfer · pdh_error_signal · quantum_noise_budget

*Provenance: cavityoptics.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)。*

michelson_dc_readout — OPTICS cavity op

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