fullseye

fiber_mode_field_diameter — OPTICS `fiber` 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.fiber_mode_field_diameter(core_radius_um=4.1, v_number=2.2) (実装を直接呼ぶなら import fiberoptics; fiberoptics.fiber_mode_field_diameter(core_radius_um=4.1, v_number=2.2)、台帳から引くなら opsoptics.get("fiber_mode_field_diameter"))

使い方

LP01 の場の直径(MFD)[µm] —— 厳密な場に重なりが最大のガウスを当てたときの 1/e² 直径。

厳密: LP01 の固有値 (u, w) から場 E(r) = J0(ur/a)/J0(u)(r ≤ a)、K0(wr/a)/K0(w)(r > a)を作り、ガウス exp(−r²/w₀²) との重なり |∫E·G r dr|² / (∫E² r dr ∫G² r dr) を最大にする w₀ を黄金分割で探す(MFD = 2w₀)。近似: Marcuse 1977 の w₀/a = 0.65 + 1.619 V^{−3/2} + 2.879 V^{−6}(この同じ定義への当てはめ式)。もう 1 つの定義 Petermann I(2 次モーメント、w² = 2∫E² r³ dr / ∫E² r dr)は裾の指数関数を重く数えるので大きく出る —— 定義が違えば MFD は 10 % 違う(V = 1.2)ことを隠さないため両方返す。返り値: dict(mfd_um, mfd_marcuse_um, relative_difference, mfd_petermann1_um, overlap, u, w)。

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_fiber_light_guide — py -3.11 examples/poc_fiber_light_guide.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(`fiber`)

material_group_index · material_gvd · fiber_numerical_aperture · fiber_v_number · fiber_lp_modes · fiber_bundle_coupling

Provenance: fiberoptics.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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