Python中光学计算相关的库/Awesome Python for Optics

这大概是本博客第一次涉及博主在现实世界中的本职工作,大概算是一个好的开始。

在光学设计及模拟的领域,商业软件,比如Zemax/Code V、LASCAD、GLAD等,提供了较为完整的解决方案,对于较为前沿的领域,国内研究的事实标准是,通过MATLAB自行编写可靠性和可维护性都存在较大问题的脚本。但是,对于一些研究经费不足同时工作量不饱和的课题组,了解这个古老的学科与当今流行语言的交集,可能也具有一定的意义。

TL; DR:光学计算是一个很宽泛的话题,针对我的要求,之后我大概会试试LightPipes.

以下是我找到的一些库的对比。

spacetelescope/poppy

这个库本身是为詹姆斯·韦伯空间望远镜的模拟而设计的,从其tutorial也可以看出,这个库的主要目的大概是,在衍射明显的条件下模拟成像过程、计算点扩散函数并分析成像质量,特别是针对天文望远镜领域。

因为我并不真正 理解 光学成像,我并没有办法判断该库的潜在用途,不过在激光器设计方面该库可能并不适用。

Sterncat/opticspy

opticspy

看起来,这个库主要用于镜片设计,类似Zemax/Code V等软件所做的那样。具体上,能够完成光线追迹(但是没说能够优化),利用泽尼克多项式拟合(透镜表面/波前?),并计算镜片表面的干涉条纹。下次如果要计算纯粹干涉方面的内容我可能会尝试一下这个。

另外,这个库散发着一种爱好者的气息,施工中标志散落在文档各处。对于这种类型的项目可能还是让企业来做比较合适;可是开源之后又赚不到钱。

NanoComp/meep

meep

FDTD法计算电磁场。这玩意让我想起了我短暂的研究生岁月,那时我学到一件事……人的能力是有极限的。

下一个。

SymPy

SciPy的一个组成部分,拥有一个光学计算模块,但仅仅在代入公式的水平。嗯,如果只是要算算高斯光的传输矩阵什么的,问题应该不大。

cihologramas/pyoptools

大概也是Ray Trace,大概也是个人作品,而且例子都是用一种我看不懂的语言写的。下一个。

rezonatorsimcav/simcav

Rezonator其实不能算是Python库,不过倒也是免费的,而且做的比另一个程序更完整一些。这两个软件的功能比较类似,仅通过谐振腔传输矩阵计算激光谐振腔特性,对于简单的腔形,可能这个就足够了。

opticspy/lightpipes

lightpipes

最后我找到的是这个,它的官网上说,这本来是一个*nix下的C++库,1999年开源,并增加了免费Python接口——听起来很靠谱。 具体上来说,这玩意也包含几何光学和衍射光学的相关内容,而且在它的说明文档里直接体现了高斯光谐振腔矩阵计算强衍射条件下谐振腔的计算(虽然我还没有看懂)。

之后,可能会在这个的基础上对激光器进行一些分析——如果计划没有变更的话。