fullseye

spectrometer_bandpass — OPTICS spectrometer op

• データ種: table → table
• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.spectrometer_bandpass(design, slit_width_um=25.0, pixel_um=14.0, input_na=0.1, wavelengths_nm=None, slit_height_mm=1.0, pupil='circular') (実装を直接呼ぶなら import gratingspec; gratingspec.spectrometer_bandpass(design, slit_width_um=25.0, pixel_um=14.0, input_na=0.1, wavelengths_nm=None, slit_height_mm=1.0, pupil='circular')、台帳から引くなら opsoptics.get("spectrometer_bandpass"))

使い方

分光器の帯域の幅(装置関数の FWHM)を、スリット・画素・回折から波長ごとに出す。

design: :func:czerny_turner_design の表。 slit_width_um: 入口スリットの幅 w。0 は理想の点(回折と画素だけが残る)。 pixel_um: 検出器の画素の幅(分散方向)。0 は理想の連続の検出器。 input_na: スリットに入る光の NA(コリメータで平行になったビームの直径 D = 2 f_col tan(asin NA) を決め、 照らされた溝の数 N = D / (d cos α) と回折の線幅を決める)。 wavelengths_nm: 評価する波長(None なら帯域の 5 点)。 slit_height_mm: スリットの高さ(エタンデュだけに効く)。 pupil: "circular"(円いビーム、既定)/ "rectangular"(一様に照らした矩形 = 教科書の mN)。

返り値(table、波長ごとの配列):

• slit_image_um —— w’ = w (f_cam / f_col)(cos α / cos β)(Palmer (8-11a)、焦点面の上、収差なし)。

• reciprocal_dispersion_nm_per_mm —— P = d cos β / (

  m

  f_cam)(焦点面の上)。

• slit_image_flat_um / reciprocal_dispersion_flat_nm_per_mm / obliquity_factor —— カメラの軸に 垂直な平らな検出器の上(局所の倍率 1 / cos²(β − β_c)、:func:czerny_turner_design の写像 x = f tan(β − β_c) と同じ)。装置関数と FWHM はこちらで作る。積 w’ P(スリットで決まる帯域)はどちらでも同じ。
• slit_limited_nm (= w d cos α / (|m| f_col)、β に依らない) / pixel_limited_nm (= p P) / palmer_bandpass_nm (= P sup(w’, p)、Palmer (8-12)) / diffraction_fwhm_nm(回折だけの FWHM)/ rayleigh_limit_nm (= λ / (|m| N))。
• fwhm_um / fwhm_nm —— 装置関数(回折 ⊗ スリットの像 ⊗ 画素)の FWHM。

• resolving_power (= λ / FWHM) / grating_resolving_power (=

  m

  N) / pixels_per_fwhm。

• regime —— 最も幅の大きい寄与("slit" / "pixel" / "diffraction")。
• line_shapes —— 波長ごとの装置関数 pairs(Δλ [nm], 最大 1 に正規化)。
• etendue_mm2sr —— スリットの面積 × π NA²(スループットはこれに比例する。w と分解能の取引)。

Raises ValueError: 設計の表でない、帯域の外の波長、NA が (0, 0.95] の外、幅が負、瞳の名前の誤り。

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-

  m

  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_spectrometer_illumination — py -3.11 examples/poc_spectrometer_illumination.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(spectrometer)

grating_dispersion · czerny_turner_design · spectrometer_slit_image · spectrometer_spectrum

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Provenance: gratingspec.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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