fullseye

multilayer_reflectance — OPTICS `film` op

データ種: なし → pairs(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.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) (実装を直接呼ぶなら 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)、台帳から引くなら opsoptics.get("multilayer_reflectance"))

使い方

多層膜の分光反射率(または透過率・吸収率)を pairs(λ [nm], 値)で返す。特性行列(転送行列)の厳密解。

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 matappear.thin_film_reflectance(Airy の式、別実装)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)

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_thin_film_reflectometry — py -3.11 examples/poc_thin_film_reflectometry.py

型が繋がる次の op(`pairs` を入力に取れる)

mtf50 · energy_to_photons · spectral_product · spectral_integral · spectral_stats · kubelka_munk_reflectance · hyperspectral_capture · film_thickness_fft

同カテゴリ(`film`)

film_color · film_thickness_fft · film_thickness_fit · film_thickness_map

Provenance: filmoptics.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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