Skip to Content
DocsНачало работыБыстрый старт

Быстрый старт

Этот туториал покажет основы работы с SVETlANNa за 5 минут.

Импорты

import torch
from svetlanna import SimulationParameters, Wavefront, LinearOpticalSetup
from svetlanna.elements import FreeSpace, ThinLens, RoundAperture
from svetlanna.units import ureg

Параметры симуляции

Всё начинается с SimulationParameters — это описание вашей координатной сетки:

params = SimulationParameters.from_ranges(
    w_range=(-2*ureg.mm, 2*ureg.mm), w_points=512,  # X: от -2 до 2 мм
    h_range=(-2*ureg.mm, 2*ureg.mm), h_points=512,  # Y: от -2 до 2 мм
    wavelength=632.8*ureg.nm                         # HeNe лазер
)

ureg — это система единиц SVETlANNa. Поддерживаются: mm, um, nm, cm, m и другие.

Создание волнового фронта

# Гауссов пучок с радиусом перетяжки 0.5 мм
wf = Wavefront.gaussian_beam(params, waist_radius=0.5*ureg.mm)
 
print(f"Форма: {wf.shape}")           # torch.Size([512, 512])
print(f"Тип: {wf.dtype}")             # torch.complex64
print(f"Max I: {wf.max_intensity}")   # ~1.0

Оптические элементы

# Круглая апертура
aperture = RoundAperture(params, radius=1*ureg.mm)
 
# Тонкая линза
lens = ThinLens(params, focal_length=100*ureg.mm)
 
# Свободное пространство (метод Angular Spectrum)
propagate = FreeSpace(params, distance=100*ureg.mm, method='AS')

Параметр method в FreeSpace обязателен. Используйте 'AS' для точных расчётов или 'fresnel' для быстрых приближений.

Прохождение через систему

Оптические элементы — это nn.Module, их можно вызывать как функции:

# Способ 1: последовательно
wf = aperture(wf)
wf = lens(wf)
wf = propagate(wf)
 
# Способ 2: через LinearOpticalSetup
setup = LinearOpticalSetup([
    RoundAperture(params, radius=1*ureg.mm),
    ThinLens(params, focal_length=100*ureg.mm),
    FreeSpace(params, distance=100*ureg.mm, method='AS'),
])
wf_focus = setup(wf)

Анализ результата

# Интенсивность
intensity = wf.intensity  # |E|²
 
# Фаза
phase = wf.phase  # arg(E)
 
# FWHM (полуширина на полувысоте)
fwhm_x, fwhm_y = wf.fwhm(params)
print(f"FWHM: {fwhm_x*1e6:.1f} × {fwhm_y*1e6:.1f} мкм")

Визуализация

import matplotlib.pyplot as plt
 
fig, axes = plt.subplots(1, 2, figsize=(12, 5))
 
# Координаты для осей
extent = [
    params.axes.W[0].item()*1e3, params.axes.W[-1].item()*1e3,
    params.axes.H[0].item()*1e3, params.axes.H[-1].item()*1e3
]
 
# Интенсивность
im0 = axes[0].imshow(intensity.cpu(), cmap='hot', extent=extent)
axes[0].set_title('Интенсивность')
axes[0].set_xlabel('x, мм')
axes[0].set_ylabel('y, мм')
plt.colorbar(im0, ax=axes[0])
 
# Фаза
im1 = axes[1].imshow(phase.cpu(), cmap='twilight', extent=extent)
axes[1].set_title('Фаза')
axes[1].set_xlabel('x, мм')
plt.colorbar(im1, ax=axes[1])
 
plt.tight_layout()
plt.show()

Полный код

import torch
import matplotlib.pyplot as plt
from svetlanna import SimulationParameters, Wavefront, LinearOpticalSetup
from svetlanna.elements import FreeSpace, ThinLens, RoundAperture
from svetlanna.units import ureg
 
# 1. Параметры
params = SimulationParameters.from_ranges(
    w_range=(-2*ureg.mm, 2*ureg.mm), w_points=512,
    h_range=(-2*ureg.mm, 2*ureg.mm), h_points=512,
    wavelength=632.8*ureg.nm
)
 
# 2. Волновой фронт
wf = Wavefront.gaussian_beam(params, waist_radius=0.5*ureg.mm)
 
# 3. Оптическая система
setup = LinearOpticalSetup([
    RoundAperture(params, radius=1*ureg.mm),
    ThinLens(params, focal_length=100*ureg.mm),
    FreeSpace(params, distance=100*ureg.mm, method='AS'),
])
 
# 4. Фокусировка
wf_focus = setup(wf)
 
# 5. Результат
print(f"FWHM: {wf_focus.fwhm(params)[0]*1e6:.1f} мкм")
print(f"Max I: {wf_focus.max_intensity:.2e}")

Что дальше?

УстановкаОсновные концепции