基於Excel和MATLAB的跨平臺光子學單位換算工具。本項目的代碼倉庫位於GitHub 和 MATLAB File Exchange。

QUICKphotonics - 光子學快速單位換算工具包 (Quick UnIt Conversion Kit for Photonics)

簡介

QUICKphotonics.mlappinstall (Quick UnIt Conversion Kit for Photonics) 是一個基於 MATLAB、命令行風格、輕量級且模塊化（可擴展框架）的光學和光子學單位換算工具。它目前是由 Jiaye Wu 維護的專有軟件，並根據 MIT license 分發。

• 要使用此 MATLAB Toolbox App 二進制文件，必須安裝等於或高於 R2022b (9.13) 的 MATLAB 版本。舊版本未經測試。
• 安裝 QUICKphotonics.mlappinstall 並在命令窗口中輸入 QUICKphotonics 或 QUICK 即可啟動。
• 在某些情況下，重啟 MATLAB 後，您需要在頂部的 APP 選項卡 > 我的應用 (My app) 中手動找到並點擊此應用程序以（重新）啟用它。

QUICKphotonics Excel.xltx 是該 MATLAB 應用程序的 Excel 版本。

• 此 Excel 計算器不含宏（macro-free）。所有功能均由 Excel 函數實現。
• 要使用該工具，必須安裝辦公套件（Microsoft Office/WPS Office/LibreOffice 等）。建議使用 Microsoft Office 365 以獲得最佳兼容性。
• 該工具作為 Excel 模板 (.xltx) 啟動，這意味著每次都會創建一個新文件 (.xlsx)。您可以將 .xlsx 文件保存到工作目錄中。更改不會保存到模板中。
• 使用方法： 下載 QUICKphotonics Excel.xltx 文件以使用它，或者在 QUICKphotonics MATLAB 中使用命令 Excel 或 excel。

它解決了什麼問題/痛點？我為什麼需要這個工具？

該軟件的目的是在實驗或學術討論中快速查找所需數值。

光學和光子學中常見的換算和計算，例如“特定波段下頻率差到波長差的轉換”、“光子能量”、“特定角度下的菲涅爾反射（Fresnel reflection）”等，雖然簡單，但是：

• 按需編寫腳本函數需要查找公式/常數，甚至進行驗證。
• 隨後，您的函數文件可能會變得太多且不集中。在以後的項目中，您可能不記得去哪裡找它們。
• 每次使用舊腳本時，您可能都必須檢查以前的定義（函數名、使用的單位、數值的順序）。如果不加註意，結果可能會差幾個數量級。

使用 QUICKphotonics MATLAB 工具箱：

• 您不需要記住把文件放在了哪裡。一旦安裝，只需在命令窗口中使用 QUICKphotonics 或 QUICK 調用該工具箱，或者在您的 MATLAB apps 選項卡中找到它。
• 您不需要記住命令並處理單位。命令具有靈活的拼寫和自動單位識別功能，使用起來非常直觀。

反饋與致謝

錯誤報告和新功能請求可在我的 GitHub project page 上提出。

此工具包基於框架且模塊化。滿足以下條件時會考慮新功能請求：

• 它被廣泛使用。
• 它不涉及複雜的算法和計算能力。
• 它要求輸入參數的數量少於4個。（考慮1–3個，以便於記憶。）

如果您覺得我的工具有用，請在合適的情況下考慮引用我的學術著作 (academic works)。

注意：

• 作者對任何計算錯誤不承擔責任。
• 本 Markdown 文件的其餘部分僅適用於 QUICKphotonics MATLAB 版本。

功能：引入 flexiCommand

引入 flexiCommand，這是一種_直觀_且_易於記憶_的命令類型，具有自動單位識別和靈活元素順序的功能。

一個 flexiCommand 由4~5個部分組成：

• head：前置命令頭（僅在某些命令中存在，例如 energy、reflect、cav、power 等）
• conv_source：轉換源的保留字，例如 freq
• unit_source：轉換源的單位，例如 THz。單位會自動識別。
• conv_target：2 + (轉換目標的保留字)，例如 2wl。這裡的 2 代表“到 (to)”。
• unit_source：轉換目標的單位，例如 nm。單位會自動識別。

除了 head 之外，flexiCommand 中其餘部分的順序並不重要。 為了避免因歧義引起的任何錯誤，請不要使用類似 t（時間）緊挨著 Hz，或 nm 緊挨著 J 的組合。

例如，wlnm2freqTHz 1550、nmTHzwl2freq 1550、wl2freqTHznm 1550 被視為相同的命令，它的作用與 wlum2freqTHz 1.550 相同，都是將 1550 nm 轉換為以 THz 為單位的頻率。

注意：

• 所有命令都區分大小寫。
• 只要元素準確完整，命令可以容忍不相關的多餘字母。

簡單命令：

• 啟動 QUICKphotonics Excel：excel / Excel
• 檢查更新：update / upgrade
• 訪問項目 GitHub 頁面：github / GitHub / project
• 訪問項目博客：blog
• 查看當前版本：version / ver
• 查看更新日誌：changelog
• 在命令行中打印幫助和支持的函數：help / functions / commands / flexiCommand / flexiCMD
• 獲取幫助和支持的函數的 Markdown 文件：help-md / help-markdown。請不要修改此文件的內容！
• 在線獲取幫助和支持的函數：help-ol / help-online
• 獲取光學常數：constants
• 獲取作者信息/致謝/許可證/重要提示：about / info / credits / license / licence
• 重啟或返回標題頁：restart / clear
• 關閉/終止程序：close / exit

單位換算與計算

1. flexiCommand <value-1>

1.1 波長和頻率換算：wl(wl_unit)2freq(freq_unit) <value>

(wl_unit): *m (nm, um, m 等) 見單位。

(freq_unit): *Hz (THz, GHz, Hz 等) 見單位。

例如，將 1550 nm 轉換為 THz，命令是 wlnm2freqTHz 1550（或 wlm2freqTHz 1550e-9 或其他單位）。

同樣，freqTHz2wlnm 193 表示將 193 THz 轉換為 nm。

1.2 頻率和時間週期換算：freq(freq_unit)2t(t_unit) <value>

(t_unit): *s (ps, ns, ms 等) 見單位。

例如，將 5 GHz 轉換為以 ps 為單位的時間，命令是 freqGHz2tps 5（或 freqGHz2tps 5e9 或其他單位）。

同樣，tps2freqGHz 4 表示將 4 ps 轉換為 GHz。

1.3 功率換算：power(mW/dBm)2(dBm/mW) <value>

此命令也支持其他瓦特量級，用戶可以將 mW 替換為 W、uW 等。

例如，將 3 dBm 轉換為 mW，命令是 powerdBm2mW 3。

同樣，powermW2dBm 3 表示將 3 mW 轉換為 dBm。

1.4 分貝和線性刻度換算：lin2dB <value>

例如，將因子 4 的線性刻度轉換為 dB，命令是 lin2dB 4。

同樣，dB2lin 3 表示將 3 dB 轉換為線性刻度。

1.5 光子能量與頻率/波長：photonfreq(freq_unit)2E(energy_unit) <freq_value> 或 photonwl(wl_unit)2E(energy_unit) <wl_value>

對於光子能量，可以使用 *J（如 mJ、uJ 等）或 eV。

對於反向換算，命令類似：photonfreq(freq_unit)2E(energy_unit) <freq_value> 或 photonwl(wl_unit)2E(energy_unit) <wl_value>。

對於角頻率 (angular frequency)，將 freq 替換為 afreq，並且省略單位（默認值：rad/s）

對於反向換算，photonE(energy_unit)2wl(wl_unit) <wl_value>、photonE(energy_unit)2freq(freq_unit) <freq_value>、photonE(energy_unit)2afreq <afreq_value>。

1.6 *J 和 eV 之間的能量換算：energyeV2(energy_unit) <value> 和 energy(energy_unit)2eV <value>

energyeV2J <value> 將 eV 轉換為 J，energymJ2eV <value> 將 mJ 轉換為 eV。

2. flexiCommand <value-1> <value-2>

2.1 頻率/波長差轉換為波長/頻率差

有兩種情況。

• 已知 2 個頻率/波長並想求波長/頻率差（例如，給定 $f_1$ 和 $f_2$，求 $\Delta \lambda$）：dfreq(freq_unit)2dwl(wl_unit) <freq1> <freq2> 或 dwl(wl_unit)2dfreq(freq_unit) <wl1> <wl2>，例如 dwlnm2dfreqTHz 1540 1545
• 已知間隔頻率/波長和波段（中心頻率/波長），並想求另一域中的差值：
  • dfreq(freq_unit)2dwl(wl_unit)@wl <dfreq> <wl_central>（在 $\lambda_c$ 附近給定 $\Delta f$，求 $\Delta \lambda$）
  • dfreq(freq_unit)2dwl(wl_unit)@freq <dfreq> <freq_central>（在 $f_c$ 附近給定 $\Delta f$，求 $\Delta \lambda$）
  • dwl(wl_unit)2dfreq(freq_unit)@wl <dfreq> <wl_central>（在 $\lambda_c$ 附近給定 $\Delta \lambda$，求 $\Delta f$）
  • dwl(wl_unit)2dfreq(freq_unit)@freq <dfreq> <freq_central>（在 $f_c$ 附近給定 $\Delta \lambda$，求 $\Delta f$）

中心頻率/波長的單位應與 (freq_unit) 或 (wl_unit) 相同。

2.2 從波長/頻率/角頻率計算波數：wl(wl_unit)2wn <n> <wl_value> / freq(freq_unit)2wn <n> <value> / afreq2wn <n> <value>

對於角頻率，僅支持 rad/s。對於真空，輸入 n 為 1。

2.3 腔自由光譜範圍 (FSR)：cav(cavlength_unit)2freq(freq_unit) <n_cav> <length_cav> / cav(cavlength_unit)2t(period_unit) <n_cav> <length_cav>

計算所選域和單位中的頻率/時間/波長間隔的 FSR。對於真空，輸入 n 為 1。

2.4 從 FSR 計算腔長：freq(freq_unit)2cav(cavlength_unit) <n_cav> <freq> / t(period_unit)2cav(cavlength_unit) <n_cav> <t>

從 FSR 計算腔長。

3. flexiCommand <value-1> <value-2> <value-3>

3.1 菲涅爾反射：reflectDEG <n1> <n2> <angle_DEG> 或 reflectRAD <n1> <n2> <angle_RAD>

例如 reflectDEG 1.2 1.6 0 和 reflectRAD 1.2 1.6 0 的作用相同。

n1 和 n2 是兩種介質的折射率，angle 是入射角。有三個輸出：兩種偏振下的 $R_s$ 和 $R_p$ 及其平均值 $R_{avg}$。

reflectDEG 將入射角視為度數，reflectRAD 將入射角視為弧度。

3.2 脈衝激光的峰值功率和平均功率。peak2pavg(intensity_unit)(temporal_unit)(reprate_unit) <P_peak> <t_pulse> <reprate> 或 pavg2peak(intensity_unit)(temporal_unit)(reprate_unit) <P_avg> <t_pulse> <reprate>

(intensity_unit) 是可選的（可以省略），並在整個輸入和輸出中保持一致。

時間寬度單位為時間（*s），重複頻率單位為頻率（*Hz）。

例如，peak2pavgGWpsMHz 0.5 1 16 表示輸入的峰值功率為 0.5 GW/單位面積，時間寬度為 1 ps，重複頻率為 16 MHz。如果省略 GHz，單位將變為 (a.u.)/單位面積。

保留字：

• 2 - 到 (to，在一個命令中的兩個變量之間)
• afreq - 角頻率
• cav - 腔長
• dfreq - 頻率差
• dwl - 波長差
• energy - 轉換能量單位
• freq - 頻率
• lin - 線性刻度，無量綱
• pavg - 平均功率
• peak - 峰值功率
• photon - 轉換光子能量
• power - 功率或強度
• reflect - 反射
• t - 時間間隔
• wn - 波數 / 傳播常數
• wl - 波長

支持的單位：

• 角頻率: rad/s
• 角度: DEG, RAD
• 頻率: *Hz (Hz 到 THz)
• 線性能量/功率: 無量綱或 *W (fW 到 GW) 或 *W/cm^2 (在脈衝激光中)
• 對數刻度: dB, dBm
• 光子能量: *J (fJ 到 GJ), eV
• 波長/腔長: *m (am 到 Gm)