다이아몬드 NV 센터(Nitrogen-Vacancy) 광학 감지 자기공명(ODMR) & 1,000Hz 0-Alloc C# 나노스케일 양자 자력계 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Quantum.Magnetometry
{
    /// 

    /// 다이아몬드 NV 센터 ODMR 공진 지만 분열 추적 및 양자 자력계 엔진 (0-Alloc C#)
    /// 
    public ref struct DiamondNvOdmrEngine
    {
        public const double GammaEMHzPerMilliTesla = 28.02495; // MHz / mT
        private const double BaseZfsMHz = 2870.0;             // D = 2.870 GHz
        
        private readonly double _contrast;       // 형광 콘트라스트 (~0.05)
        private readonly double _linewidthFwhm;   // 공진 선폭 MHz (~5.0 MHz)
        private readonly double _kp;              // 서보 주파수 락인 게인
        private readonly double _dt;

        private double _centerFreqMinusMHz;       // nu_- 추적 주파수
        private double _centerFreqPlusMHz;        // nu_+ 추적 주파수
        private double _estimatedFieldNanoTesla;  // 측정 자계 (nT)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public DiamondNvOdmrEngine(
            double contrast = 0.05,
            double linewidthFwhm = 5.0,
            double kp = 0.25,
            double dt = 0.001)
        {
            _contrast = contrast;
            _linewidthFwhm = linewidthFwhm;
            _kp = kp;
            _dt = dt;
            _centerFreqMinusMHz = BaseZfsMHz - 1.0;
            _centerFreqPlusMHz = BaseZfsMHz + 1.0;
            _estimatedFieldNanoTesla = 0.0;
        }

        /// 

        /// MW 프로브 주파수 양단에서의 광검출기 형광 신호를 수신하여 지만 공진 주파수 및 자기장(nT)을 갱신 (1,000Hz)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdateOdmrStep(
            double fluorescenceLeftMinus, 
            double fluorescenceRightMinus,
            double fluorescenceLeftPlus, 
            double fluorescenceRightPlus,
            out double bFieldNanoTesla, 
            out double zeemanSplitMHz)
        {
            // 좌우 형광 비대칭 오차를 이용한 nu_- 로렌츠 중심 주파수 락인
            double errorMinus = (fluorescenceRightMinus - fluorescenceLeftMinus);
            _centerFreqMinusMHz += _kp * errorMinus * _linewidthFwhm;

            // nu_+ 로렌츠 중심 주파수 락인
            double errorPlus = (fluorescenceRightPlus - fluorescenceLeftPlus);
            _centerFreqPlusMHz += _kp * errorPlus * _linewidthFwhm;

            // 지만 분열 주파수차 Delta nu = nu_+ - nu_-
            zeemanSplitMHz = _centerFreqPlusMHz - _centerFreqMinusMHz;

            // 자기장 연산: B_z = Delta nu / (2 * gamma_e) [mT -> nT 변환]
            double bFieldMilliTesla = zeemanSplitMHz / (2.0 * GammaEMHzPerMilliTesla);
            _estimatedFieldNanoTesla = bFieldMilliTesla * 1e6; // nT

            bFieldNanoTesla = _estimatedFieldNanoTesla;
        }

        public double EstimatedFieldNanoTesla => _estimatedFieldNanoTesla;
        public double CenterFreqMinusMHz => _centerFreqMinusMHz;
        public double CenterFreqPlusMHz => _centerFreqPlusMHz;
    }
}