fullseye

fabry_perot_response — OPTICS `cavity` op

データ種: なし → table(引数だけで決まる op —— 画像やデータの入力を取らない)
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.fabry_perot_response(length_m: 'float' = 3994.5, wavelength_nm: 'float' = 1064.0, *, itm_transmittance: 'float' = 0.014, etm_transmittance: 'float' = 5e-06, itm_loss: 'float' = 0.0, etm_loss: 'float' = 0.0) -> 'dict' (実装を直接呼ぶなら import cavityoptics; cavityoptics.fabry_perot_response(length_m: 'float' = 3994.5, wavelength_nm: 'float' = 1064.0, *, itm_transmittance: 'float' = 0.014, etm_transmittance: 'float' = 5e-06, itm_loss: 'float' = 0.0, etm_loss: 'float' = 0.0) -> 'dict'、台帳から引くなら opsoptics.get("fabry_perot_response"))

使い方

Fabry-Perot 共振器の設計量(FSR・フィネス・線幅・極・増幅率・蓄積時間)を閉形式で返す。

Parameters

length_m : float 共振器長 L [m]。既定は aLIGO の腕(3994.5 m)。 wavelength_nm : float レーザー波長 [nm]。既定 1064 nm(Nd:YAG)。 itm_transmittance, etm_transmittance : float 入力鏡・終端鏡の強度透過率(0 ≤ T < 1)。既定は aLIGO(1.4 % / 5 ppm)。 itm_loss, etm_loss : float 各鏡の強度損失(吸収 + 散乱)。T + ℓ < 1。

Returns

dict fsr_hz = c/2L、finesse = π√(r₁r₂)/(1 − r₁r₂)、 linewidth_hz(半値全幅、厳密に FSR·(2/π)·asin(π/2F))、 linewidth_approx_hz = FSR/F、pole_hz = 線幅の半分(共振器の極)、 storage_time_s = 1/(2π·pole)、power_gain = 共振での循環光量/入射光量 = T₁/(1 − r₁r₂)²、transmission_max = T₁T₂/(1 − r₁r₂)²、 reflection_min = 共振での反射率 ((r₁ − r₂(1−ℓ₁... ))/(1 − r₁r₂))² の損失なし形 ((r₁ − r₂)/(1 − r₁r₂))²、r1 / r2、round_trip_phase_per_hz = 4πL/c、free_spectral_range_mode_number = 2L/λ(共振の次数、参考値)。

Notes

aLIGO の既定値で F ≈ 445、FSR 37.5 kHz、線幅 84 Hz、極 42 Hz、循環光量 ≈ 280 倍 (入力鏡の透過 1.4 % に対して)。linewidth_hz と pole_hz は Airy 関数の半値を 厳密に与える(asin 形)ので、tests では透過曲線を細かく標本化して半値の交点を独立に探し、この値と突き合わせる。

ファミリ共通の入力契約(fail-closed)

optics の全 op は入力を検証してから計算する(黙って通さない):

単位は引数名に埋め込む — _mm / _um / _deg / _mrad。mm と µm の取り違えは crash ではなく「もっともらしく間違った答え」なので、名前で防ぐ。大きさから単位を推測する処理は一切しない。
文字列は ValueError — float('50') は成功してしまうため、未パースの設定値が長さとして通り抜ける(実測: thin_lens('50', '200') がもっともらしい 66.667 mm を返していた)。bool も True == 1 の暗黙昇格として拒否。
complex / masked array は ValueError(実数枠のみ。虚部の無言切り捨て・マスク剥がしを拒否)。NaN/Inf は全入力で ValueError。
0 除算とその親戚を名指しで拒否: 焦点距離 0・曲率半径 0・屈折率 <= 0・不透明な開口(全 0 なので正規化が 0/0)・総和 <= 0 の PSF・S0 = 0 の Stokes ベクトル・物体が前側焦点にある(像が無限遠)。
非有限を返すのは 2 op だけ、しかも契約として明記: depth_of_field の過焦点距離以遠の far_mm = inf(それが過焦点距離の定義)と gaussian_beam のウエストでの wavefront_radius_mm = inf(平面波面の曲率半径)。どちらも有限の相棒(far_is_infinite / curvature_per_mm)を併せて返す。それ以外の無言 NaN/Inf は内部で検出して ValueError —「float64 が溢れた」と「答えが無限大」は別の主張なので、後者の顔で前者を返さない。
サイズ上限: 生成格子は optics.MAX_GRID(4096)、供給された場/PSF/開口は optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24)、ABCD 素子列は optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024)、Zernike は MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。小さな引数から巨大な内部確保が起きる経路(実測: n_max=40 × 4096² で 108 GB)を fail-closed で塞ぐ。

物理的に不可能な状態も拒否: 偏光度 > 1 の Stokes ベクトル、負の透過率、負の強度、n-

が奇数などの不正な Zernike 添字。

詳しい使い方ガイド

optics_imaging ファミリガイド

参考(サンプルデータ・文献)

サンプルデータカタログ(DL URL / ライセンス) — 2-D は skimage.data(BSD/public)+ 合成、3-D は実データ源(Stanford/PDS 等)の DL URL。
演算子の来歴・参考文献 — この op 族の元になった研究/手法の出典。
アルゴリズムの正典(著者・年)と用途は上記ファミリ使い方ガイドに記載。

実行できる例(この op を実際に呼ぶ検証済みサンプル)

poc_gw_detector_pseudo_simulation — py -3.11 examples/poc_gw_detector_pseudo_simulation.py

型が繋がる次の op(`table` を入力に取れる)

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

同カテゴリ(`cavity`)

cavity_strain_transfer · michelson_dc_readout · pdh_error_signal · quantum_noise_budget

Provenance: cavityoptics.py — OPTICS operator registry. この per-op ノートは tools/opdocs.py md が自動生成(手編集しない)。

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