film op• Datenarten: keine → pairs (ein Operator, der allein durch seine Argumente bestimmt ist — er nimmt kein Bild und keine Daten entgegen)
• Aufruf: import fullseye as fs; fs.ledger.multilayer_reflectance(layers=(('SIO2', 100.0),), substrate='SI', wl_min_nm=400.0, wl_max_nm=800.0, n_points=201, angle_deg=0.0, polarization='unpolarized', na=0.0, roughness_nm=0.0, ambient=1.0, quantity='reflectance', wavelengths_nm=None) (die Implementierung direkt: import filmoptics; filmoptics.multilayer_reflectance(layers=(('SIO2', 100.0),), substrate='SI', wl_min_nm=400.0, wl_max_nm=800.0, n_points=201, angle_deg=0.0, polarization='unpolarized', na=0.0, roughness_nm=0.0, ambient=1.0, quantity='reflectance', wavelengths_nm=None); aus dem Register: opsoptics.get("multilayer_reflectance"))
Spektrale Reflexion (oder Transmission bzw. Absorption) eines Mehrschichtfilms als pairs (λ nm, Wert): exakte Lösung mit der charakteristischen Matrix (Transfermatrix).
> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.
layers: 入射側から順の [(材料, 厚さ nm), ...]。材料は材料表の鍵("SIO2" / "SI3N4" / "PMMA"
/ "TIO2" …)・材料レコード・実数・複素数 n + ik。空にすると基板だけ(裸の面の Fresnel)。
substrate: 基板(半無限)。既定は材料表の Si(Green 2008、k つき)。
wl_min_nm / wl_max_nm / n_points: 波長の等間隔格子。wavelengths_nm を渡せばそちらを使う(昇順)。
angle_deg: 入射角(入射側の媒質の中)。
polarization: "unpolarized"(s と p の平均)/ "s" / "p"。
na: 集光の開口数(> 0 なら法線まわりの円錐で角度平均。瞳を一様に満たす照明 = 重みは sin²θ に一様)。
angle_deg と同時には指定できない。
roughness_nm: 共形な粗さの RMS σ。R に exp(−(4π n₀ σ cos θ₀ / λ)²)(Debye–Waller)が掛かる。
ambient: 入射側の媒質(実数か材料表の鍵、透明であること)。液浸なら "WATER"。
quantity: "reflectance" / "transmittance"(基板の中へ入る割合)/ "absorptance"(層での吸収 = 1 − R − T)。
粗さ > 0 では T と A を出さない(散乱光の行き先をこのモデルは持たない → ValueError)。
返り値: (K, 2) の pairs。
真値: 1 層なら Airy の閉じた式(テストと PoC に独立に書いた式)と一致する。膜厚 0 は裸の基板の Fresnel、λ/4 の AR 膜(n = √n_sub)は設計波長で R = 0、(HL)^N の鏡は閉形式 ((1 − q)/(1 + q))²、q = (n_s/n₀)(n_H/n_L)^{2N}(H が入射側)。吸収の無い積層では R + T = 1。
>>> p = multilayer_reflectance([("SIO2", 500.0)], "SI", 400.0, 800.0, 5)
>>> p.shape
(5, 2)
Jeder optics-Operator prüft seine Eingabe vor der Berechnung (nichts rutscht stillschweigend durch):
• Einheiten stecken im Argumentnamen — _mm / _um / _deg / _mrad. Eine Verwechslung von mm und µm stürzt nicht ab, sondern liefert eine plausibel aussehende falsche Antwort; der Name verhindert das. Aus der Größenordnung wird nie auf die Einheit geschlossen.
• Strings lösen ValueError aus — float('50') gelingt, sodass ein ungeparster Konfigurationswert als Länge durchrutschen würde (gemessen: thin_lens('50', '200') lieferte plausible 66,667 mm). bool wird als implizite Hochstufung True == 1 ebenfalls abgelehnt.
• complex / Masked Arrays lösen ValueError aus (nur reelle Slots; das stille Verwerfen des Imaginärteils bzw. Abstreifen der Maske wird abgelehnt). NaN/Inf löst bei jeder Eingabe ValueError aus.
• Division durch null und Verwandtes wird namentlich abgelehnt: Brennweite 0, Krümmungsradius 0, Brechzahl <= 0, undurchlässige Blende (alles 0, die Normierung wird 0/0), PSF mit Summe <= 0, Stokes-Vektor mit S0 = 0 und ein Objekt im vorderen Brennpunkt (Bild im Unendlichen).
• Nur zwei Operatoren liefern einen nicht-endlichen Wert, und beide halten das vertraglich fest: depth_of_field liefert jenseits der hyperfokalen Distanz far_mm = inf (genau das bedeutet die hyperfokale Distanz), und gaussian_beam liefert an der Taille wavefront_radius_mm = inf (der Krümmungsradius einer ebenen Wellenfront). Beide liefern zusätzlich einen endlichen Partner (far_is_infinite / curvature_per_mm). Jedes andere stille NaN/Inf wird intern erkannt und löst ValueError aus — "float64 ist übergelaufen" und "die Antwort ist unendlich" sind verschiedene Aussagen; die erste wird nie im Gewand der zweiten geliefert.
• Größenobergrenzen: erzeugte Gitter durch optics.MAX_GRID (4096), übergebene Felder/PSFs/Blenden durch optics.MAX_FIELD_ELEMENTS (2^24), ABCD-Elementketten durch optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS (1024), Zernike durch MAX_ZERNIKE_TERMS (512) / MAX_ZERNIKE_ORDER (40) / MAX_ZERNIKE_BASIS (2^25). Damit werden Pfade fail-closed geschlossen, in denen ein kleines Argument eine riesige interne Allokation auslöst (gemessen: n_max=40 × 4096² braucht 108 GB).
• Physikalisch unmögliche Zustände werden ebenfalls abgelehnt: Stokes-Vektor mit Polarisationsgrad > 1, negative Transmission, negative Intensität und ungültige Zernike-Indizes wie ungerades n-|m|.
• Leitfaden zur Familie optics_imaging
• Katalog der Beispieldaten (Download-URLs / Lizenzen) — 2-D nutzt skimage.data (BSD/Public Domain) plus synthetische Bilder, 3-D nennt Download-URLs echter Datenquellen (Stanford, PDS, …).
• Herkunft und Literatur der Operatoren — die Quellen der Forschung/Verfahren, auf denen diese Operatorfamilie beruht.
• Der kanonische Algorithmus (Autor, Jahr) und seine Anwendungen stehen im Familienleitfaden oben.
• poc_simcal_thin_film — py -3.11 examples/poc_simcal_thin_film.py
• poc_thin_film_reflectometry — py -3.11 examples/poc_thin_film_reflectometry.py
pairs als Eingabe)mtf50 · energy_to_photons · spectral_product · spectral_integral · spectral_stats · kubelka_munk_reflectance · hyperspectral_capture · film_thickness_fft
film)film_color · film_thickness_fft · film_thickness_fit · film_thickness_map
*Provenance: filmoptics.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*
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