oct 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.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')(要直接呼叫實作,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');從台帳取用則 opsoptics.get("oct_design"))
在量測之前用閉式求出 OCT 的性能(table):軸向解析度、深度範圍、靈敏度衰減(roll-off)、訊噪比、橫向解析度與焦深。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
• 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。
• 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。
• poc_industrial_oct — py -3.11 examples/poc_industrial_oct.py
table 作為輸入)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 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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