基于Excel和MATLAB的跨平台光子学单位换算工具。本项目的代码仓库位于GitHub 和 MATLAB File Exchange。

QUICKphotonics - 光子学快速单位换算工具包 (Quick UnIt Conversion Kit for Photonics)

简介

QUICKphotonics.mlappinstall (Quick UnIt Conversion Kit for Photonics) 是一个基于 MATLAB、命令行风格、轻量级且模块化（可扩展框架）的光学和光子学单位换算工具。它目前是由 Jiaye Wu 维护的专有软件，并根据 MIT license 分发。

• 要使用此 MATLAB Toolbox App 二进制文件，必须安装等于或高于 R2022b (9.13) 的 MATLAB 版本。旧版本未经测试。
• 安装 QUICKphotonics.mlappinstall 并在命令窗口中输入 QUICKphotonics 或 QUICK 即可启动。
• 在某些情况下，重启 MATLAB 后，您需要在顶部的 APP 选项卡 > 我的应用 (My app) 中手动找到并点击此应用程序以（重新）启用它。

QUICKphotonics Excel.xltx 是该 MATLAB 应用程序的 Excel 版本。

• 此 Excel 计算器不含宏（macro-free）。所有功能均由 Excel 函数实现。
• 要使用该工具，必须安装办公套件（Microsoft Office/WPS Office/LibreOffice 等）。建议使用 Microsoft Office 365 以获得最佳兼容性。
• 该工具作为 Excel 模板 (.xltx) 启动，这意味着每次都会创建一个新文件 (.xlsx)。您可以将 .xlsx 文件保存到工作目录中。更改不会保存到模板中。
• 使用方法： 下载 QUICKphotonics Excel.xltx 文件以使用它，或者在 QUICKphotonics MATLAB 中使用命令 Excel 或 excel。

它解决了什么问题/痛点？我为什么需要这个工具？

该软件的目的是在实验或学术讨论中快速查找所需数值。

光学和光子学中常见的换算和计算，例如“特定波段下频率差到波长差的转换”、“光子能量”、“特定角度下的菲涅尔反射（Fresnel reflection）”等，虽然简单，但是：

• 按需编写脚本函数需要查找公式/常数，甚至进行验证。
• 随后，您的函数文件可能会变得太多且不集中。在以后的项目中，您可能不记得去哪里找它们。
• 每次使用旧脚本时，您可能都必须检查以前的定义（函数名、使用的单位、数值的顺序）。如果不加注意，结果可能会差几个数量级。

使用 QUICKphotonics MATLAB 工具箱：

• 您不需要记住把文件放在了哪里。一旦安装，只需在命令窗口中使用 QUICKphotonics 或 QUICK 调用该工具箱，或者在您的 MATLAB apps 选项卡中找到它。
• 您不需要记住命令并处理单位。命令具有灵活的拼写和自动单位识别功能，使用起来非常直观。

反馈与致谢

错误报告和新功能请求可在我的 GitHub project page 上提出。

此工具包基于框架且模块化。满足以下条件时会考虑新功能请求：

• 它被广泛使用。
• 它不涉及复杂的算法和计算能力。
• 它要求输入参数的数量少于4个。（考虑1–3个，以便于记忆。）

如果您觉得我的工具有用，请在合适的情况下考虑引用我的学术著作 (academic works)。

注意：

• 作者对任何计算错误不承担责任。
• 本 Markdown 文件的其余部分仅适用于 QUICKphotonics MATLAB 版本。

功能：引入 flexiCommand

引入 flexiCommand，这是一种_直观_且_易于记忆_的命令类型，具有自动单位识别和灵活元素顺序的功能。

一个 flexiCommand 由4~5个部分组成：

• head：前置命令头（仅在某些命令中存在，例如 energy、reflect、cav、power 等）
• conv_source：转换源的保留字，例如 freq
• unit_source：转换源的单位，例如 THz。单位会自动识别。
• conv_target：2 + (转换目标的保留字)，例如 2wl。这里的 2 代表“到 (to)”。
• unit_source：转换目标的单位，例如 nm。单位会自动识别。

除了 head 之外，flexiCommand 中其余部分的顺序并不重要。 为了避免因歧义引起的任何错误，请不要使用类似 t（时间）紧挨着 Hz，或 nm 紧挨着 J 的组合。

例如，wlnm2freqTHz 1550、nmTHzwl2freq 1550、wl2freqTHznm 1550 被视为相同的命令，它的作用与 wlum2freqTHz 1.550 相同，都是将 1550 nm 转换为以 THz 为单位的频率。

注意：

• 所有命令都区分大小写。
• 只要元素准确完整，命令可以容忍不相关的多余字母。

简单命令：

• 启动 QUICKphotonics Excel：excel / Excel
• 检查更新：update / upgrade
• 访问项目 GitHub 页面：github / GitHub / project
• 访问项目博客：blog
• 查看当前版本：version / ver
• 查看更新日志：changelog
• 在命令行中打印帮助和支持的函数：help / functions / commands / flexiCommand / flexiCMD
• 获取帮助和支持的函数的 Markdown 文件：help-md / help-markdown。请不要修改此文件的内容！
• 在线获取帮助和支持的函数：help-ol / help-online
• 获取光学常数：constants
• 获取作者信息/致谢/许可证/重要提示：about / info / credits / license / licence
• 重启或返回标题页：restart / clear
• 关闭/终止程序：close / exit

单位换算与计算

1. flexiCommand <value-1>

1.1 波长和频率换算：wl(wl_unit)2freq(freq_unit) <value>

(wl_unit): *m (nm, um, m 等) 见单位。

(freq_unit): *Hz (THz, GHz, Hz 等) 见单位。

例如，将 1550 nm 转换为 THz，命令是 wlnm2freqTHz 1550（或 wlm2freqTHz 1550e-9 或其他单位）。

同样，freqTHz2wlnm 193 表示将 193 THz 转换为 nm。

1.2 频率和时间周期换算：freq(freq_unit)2t(t_unit) <value>

(t_unit): *s (ps, ns, ms 等) 见单位。

例如，将 5 GHz 转换为以 ps 为单位的时间，命令是 freqGHz2tps 5（或 freqGHz2tps 5e9 或其他单位）。

同样，tps2freqGHz 4 表示将 4 ps 转换为 GHz。

1.3 功率换算：power(mW/dBm)2(dBm/mW) <value>

此命令也支持其他瓦特量级，用户可以将 mW 替换为 W、uW 等。

例如，将 3 dBm 转换为 mW，命令是 powerdBm2mW 3。

同样，powermW2dBm 3 表示将 3 mW 转换为 dBm。

1.4 分贝和线性刻度换算：lin2dB <value>

例如，将因子 4 的线性刻度转换为 dB，命令是 lin2dB 4。

同样，dB2lin 3 表示将 3 dB 转换为线性刻度。

1.5 光子能量与频率/波长：photonfreq(freq_unit)2E(energy_unit) <freq_value> 或 photonwl(wl_unit)2E(energy_unit) <wl_value>

对于光子能量，可以使用 *J（如 mJ、uJ 等）或 eV。

对于反向换算，命令类似：photonfreq(freq_unit)2E(energy_unit) <freq_value> 或 photonwl(wl_unit)2E(energy_unit) <wl_value>。

对于角频率 (angular frequency)，将 freq 替换为 afreq，并且省略单位（默认值：rad/s）

对于反向换算，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 之间的能量换算：energyeV2(energy_unit) <value> 和 energy(energy_unit)2eV <value>

energyeV2J <value> 将 eV 转换为 J，energymJ2eV <value> 将 mJ 转换为 eV。

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

2.1 频率/波长差转换为波长/频率差

有两种情况。

• 已知 2 个频率/波长并想求波长/频率差（例如，给定 $f_1$ 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
• 已知间隔频率/波长和波段（中心频率/波长），并想求另一域中的差值：
  • dfreq(freq_unit)2dwl(wl_unit)@wl <dfreq> <wl_central>（在 $\lambda_c$ 附近给定 $\Delta f$，求 $\Delta \lambda$）
  • dfreq(freq_unit)2dwl(wl_unit)@freq <dfreq> <freq_central>（在 $f_c$ 附近给定 $\Delta f$，求 $\Delta \lambda$）
  • dwl(wl_unit)2dfreq(freq_unit)@wl <dfreq> <wl_central>（在 $\lambda_c$ 附近给定 $\Delta \lambda$，求 $\Delta f$）
  • dwl(wl_unit)2dfreq(freq_unit)@freq <dfreq> <freq_central>（在 $f_c$ 附近给定 $\Delta \lambda$，求 $\Delta f$）

中心频率/波长的单位应与 (freq_unit) 或 (wl_unit) 相同。

2.2 从波长/频率/角频率计算波数：wl(wl_unit)2wn <n> <wl_value> / freq(freq_unit)2wn <n> <value> / afreq2wn <n> <value>

对于角频率，仅支持 rad/s。对于真空，输入 n 为 1。

2.3 腔自由光谱范围 (FSR)：cav(cavlength_unit)2freq(freq_unit) <n_cav> <length_cav> / cav(cavlength_unit)2t(period_unit) <n_cav> <length_cav>

计算所选域和单位中的频率/时间/波长间隔的 FSR。对于真空，输入 n 为 1。

2.4 从 FSR 计算腔长：freq(freq_unit)2cav(cavlength_unit) <n_cav> <freq> / t(period_unit)2cav(cavlength_unit) <n_cav> <t>

从 FSR 计算腔长。

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

3.1 菲涅尔反射：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 是两种介质的折射率，angle 是入射角。有三个输出：两种偏振下的 $R_s$ 和 $R_p$ 及其平均值 $R_{avg}$。

reflectDEG 将入射角视为度数，reflectRAD 将入射角视为弧度。

3.2 脉冲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) 是可选的（可以省略），并在整个输入和输出中保持一致。

时间宽度单位为时间（*s），重复频率单位为频率（*Hz）。

例如，peak2pavgGWpsMHz 0.5 1 16 表示输入的峰值功率为 0.5 GW/单位面积，时间宽度为 1 ps，重复频率为 16 MHz。如果省略 GHz，单位将变为 (a.u.)/单位面积。

保留字：

• 2 - 到 (to，在一个命令中的两个变量之间)
• afreq - 角频率
• cav - 腔长
• dfreq - 频率差
• dwl - 波长差
• energy - 转换能量单位
• freq - 频率
• lin - 线性刻度，无量纲
• pavg - 平均功率
• peak - 峰值功率
• photon - 转换光子能量
• power - 功率或强度
• reflect - 反射
• t - 时间间隔
• wn - 波数 / 传播常数
• wl - 波长

支持的单位：

• 角频率: rad/s
• 角度: DEG, RAD
• 频率: *Hz (Hz 到 THz)
• 线性能量/功率: 无量纲或 *W (fW 到 GW) 或 *W/cm^2 (在脉冲激光中)
• 对数刻度: dB, dBm
• 光子能量: *J (fJ 到 GJ), eV
• 波长/腔长: *m (am 到 Gm)