Python光学软件开发全流程实例-夜雨聆风

Python光学软件开发全流程实例

这一期我们介绍如何用Python进行光学软件的开发。这个例子中我们尝试用Python的PyQt5搭建界面，用matplotlib和numpy完成绘图和计算。

PyQt5 是 Qt5 C++ 图形界面框架 的官方 Python 绑定之一，由英国的 Riverbank Computing 公司开发并维护。它让你能够用纯 Python 编写跨平台的桌面应用程序，在 Windows、macOS、Linux 等系统上获得原生观感的界面。

使用PyQt5可以为工业应用搭建成熟的界面，使用诸如QApplication, QMainWindow, QWidget, QSpinBox等控件创建界面。

目标

在这个例子中，我们的目标是搭建一个高斯光束经过多个掩膜后传输的情况。我们需要定义网格、入射光束、添加不同的掩膜，然后查看绘图。

界面搭建

在进行光学软件开发的时候，需要明确界面和业务。在界面上我们初步采用左边控件，右边绘图的布局，并且将各个绘图用下拉列表的格式调出。

添加掩膜

用PyQt5中的Dialog控件创建掩膜列表，支持从初始界面到最后界面逐个添加。支持Phase掩膜和Amplitude掩膜两种，支持导入灰度图掩膜。本质上，界面只是负责一个参数和信号的传递，核心的业务层还是由实现业务的函数执行，这样的界面和业务的分离有利于代码后续的扩展（比如优化界面）。这里给Dialog添加了三个小圆点，分别用于最小化、最大化和关闭。

光场传输

之前的文章中介绍过光场传输的几种算法，SFT,DFT,角谱法、矢量积分等。这里采用角谱法作为光场传输的内核。

分步传输

在这里采用分布传输，不管是振幅掩膜还是相位掩膜，在任意两个掩膜之间的传输都采用角谱法，并且当作在自由空间传输。后续也可以添加定义两端掩膜之间的折射率，作为非空气介质中传输。

打包

最后一步是添加Icon和Splash，用Pyinstaller打包为exe程序。

首先需要创建一个Spec文件，如：

# -*- mode: python ; coding: utf-8 -*-a = Analysis(    ['Bo.py'],    pathex=[],    binaries=[],    datas=[('icons/app_icon.png', 'icons'), ('icons/app_icon.svg', 'icons'), ('icons/splash_bg.svg', 'icons')],    hiddenimports=[],    hookspath=[],    hooksconfig={},    runtime_hooks=[],    excludes=[],    noarchive=False,    optimize=0,)pyz = PYZ(a.pure)exe = EXE(    pyz,    a.scripts,    a.binaries,    a.datas,    [],    name='BeamProp',    debug=False,    bootloader_ignore_signals=False,    strip=False,    upx=True,    upx_exclude=[],    runtime_tmpdir=None,    console=False,    disable_windowed_traceback=False,    argv_emulation=False,    target_arch=None,    codesign_identity=None,    entitlements_file=None,    icon='icons/app_icon.png',)