oct 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.oct_design(center_nm=840.0, bandwidth_nm=50.0, n_pixels=2048, wl_min_nm=None, wl_max_nm=None, mode='sd', spectrometer_fwhm_px=1.0, linewidth_nm=None, n_group=1.0, beam_waist_um=None, focal_mm=None, beam_diameter_mm=None, photons_mirror_per_pixel=None, photons_ref_per_pixel=None, eta=0.8, sigma_d=10.0, window='hann', reflectivity=None, grid='lambda')(要直接调用实现,import octscan; octscan.oct_design(center_nm=840.0, bandwidth_nm=50.0, n_pixels=2048, wl_min_nm=None, wl_max_nm=None, mode='sd', spectrometer_fwhm_px=1.0, linewidth_nm=None, n_group=1.0, beam_waist_um=None, focal_mm=None, beam_diameter_mm=None, photons_mirror_per_pixel=None, photons_ref_per_pixel=None, eta=0.8, sigma_d=10.0, window='hann', reflectivity=None, grid='lambda');从台账取用则 opsoptics.get("oct_design"))
在测量之前用闭式求出 OCT 的性能(table):轴向分辨率、深度范围、灵敏度衰减(roll-off)、信噪比、横向分辨率与焦深。
> 以下的详细说明为原文 —— 摘要与标题已翻译。
• 軸分解能(FWHM、ガウス光源、窓なし)δz = (2 ln 2/π) λ0²/Δλ ≈ 0.44 λ0²/Δλ(空気中)、媒質中は ÷ n_g。window を掛けると広がる(倍率 window_broadening は光源 × 窓の |FT| の FWHM から数値で求める。ガウス光源が範囲の中に収まっていれば hann で約 1.2 倍)。
• 深さ範囲(片道の光路、ナイキスト)z_max = π/(2 δk) = λ0²/(4 δλ)(δλ = 1 画素の波長幅)、媒質中は ÷ n_g。grid="lambda"(既定)は λ 等間隔の分光器(δk は中心の値)、"k" は k 等間隔の分光器(Hu & Rollins 2007)。
• roll-off(振幅): SD は画素の箱 |sin(z δk)/(z δk)| と分光器の分解能のガウス exp(−2σ²z²)(σ = 分解能の FWHM/2.355、k で)。SS は瞬時線幅 linewidth_nm のガウスだけ(mode="ss")。−6 dB の深さを数値で解く。
• SNR(ショット雑音 + 読み出し雑音、窓つき): 画素 i の参照光の電子 N_r,i と、反射率 1 の鏡の電子 N_s,i で SNR = (Σ w_i √(N_r,i N_s,i))² / Σ w_i² (N_r,i + σ_d²)(参照光が強ければ η × 試料の光子の総数 × 窓の係数)。sensitivity_db = 10 log10(SNR)(弱い反射体の SNR を反射率 1 へ外挿した値 = 検出の下限 1/R_min)。reflectivity R を渡すと、その反射体自身のショット雑音(N_s,i R)も分母に入れた SNR を snr_db に返す(強い反射体では参照光が支配的という前提が崩れ、外挿より小さくなる)。光子が渡されないときは None。
• 横分解能: ビームのくびれ半径 w0(1/e²)から、慣用の Δx = 2 w0 = (4λ/π)(f/d) と、A スキャンの振幅で見た点像の FWHM √(2 ln 2) w0(往復で exp(−2x²/w²))。焦点深度 b = 2 z_R = 2π w0² n/λ(慣用 = π Δx²/(2λ))。
返り値: dict(kind="oct_design", axial_resolution_air_um, axial_resolution_um, depth_range_air_um, depth_range_um, pixel_nm, dk_pixel, rolloff_6db_air_um, rolloff_6db_um, rolloff(pairs: 光路 µm, 振幅), snr_db / sensitivity_db, lateral_resolution_um, lateral_fwhm_um, depth_of_focus_um, …)。
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。
• poc_industrial_oct — py -3.11 examples/poc_industrial_oct.py
table 作为输入)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
oct)oct_dispersion_broadening · oct_interferogram · oct_bscan_simulate · oct_from_spectra · oct_k_linearize · oct_dispersion_estimate · oct_dispersion_compensate · oct_ascan
*Provenance: octscan.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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