고출력 파이버 레이저 유도 브릴루앙 산란(SBS) 음향 포논 & 1,000Hz 0-Alloc C# PRBS 위상 변조 선폭 확장 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.LaserOptics.HighPowerFiberLaser
{
    /// 

    /// 고출력 파이버 레이저 SBS 억제 및 PRBS 위상 변조 선폭 제어 엔진 (0-Alloc C#)
    /// 
    public ref struct FiberLaserSbsSuppressionEngine
    {
        private const double BrillouinNaturalBandwidthMHz = 32.0; // 실리카 섬유 delta_nu_B
        private const double PeakBrillouinGain = 4.8e-11;          // m/W

        private readonly double _coreEffectiveAreaUm2;  // 코어 유효 단면적 (~400 um^2)
        private readonly double _fiberEffectiveLengthM; // 유효 길이 (~12 m)
        private readonly double _kp;
        private readonly double _dt;

        private double _currentLinewidthGHz;            // 레이저 선폭 (GHz)
        private double _commandedModulatorVpp;          // EOM RF 전압 (V)
        private double _backwardStokesPowerRatio;       // 후방 산란 반사율
        private bool _isSbsCatastrophicDamageRisk;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public FiberLaserSbsSuppressionEngine(
            double coreEffectiveAreaUm2 = 400.0,
            double fiberEffectiveLengthM = 12.0,
            double kp = 0.45,
            double dt = 0.001)
        {
            _coreEffectiveAreaUm2 = coreEffectiveAreaUm2;
            _fiberEffectiveLengthM = fiberEffectiveLengthM;
            _kp = kp;
            _dt = dt;
            _currentLinewidthGHz = 1.5; // 초기 1.5 GHz 선폭
            _commandedModulatorVpp = 3.2; // 3.2 Vpp
            _backwardStokesPowerRatio = 0.001;
            _isSbsCatastrophicDamageRisk = false;
        }

        /// 

        /// 전방 출력 파워(W)와 후방 스톡스 반사 파워(W)로부터 SBS 임계치를 평가하고 선폭 제어 (1,000Hz)
        /// 
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public void UpdateSbsStep(
            double forwardOutputPowerWatts,
            double backwardStokesPowerWatts,
            out double commandedVpp,
            out double estimatedThresholdKw,
            out bool isSbsSuppressionActive)
        {
            // 후방 스톡스 반사비: R_back = P_back / P_fwd
            _backwardStokesPowerRatio = backwardStokesPowerWatts / Math.Max(forwardOutputPowerWatts, 1.0);

            // SBS 위험 판정 (반사율이 0.5% 초과 시 광섬유 파손 위험 경보)
            _isSbsCatastrophicDamageRisk = _backwardStokesPowerRatio > 0.005;

            // 선폭 확장에 따른 SBS 임계 전력 추정
            double linewidthRatio = (_currentLinewidthGHz * 1000.0) / BrillouinNaturalBandwidthMHz;
            double unmodulatedThresholdW = (21.0 * (_coreEffectiveAreaUm2 * 1e-12)) / (PeakBrillouinGain * _fiberEffectiveLengthM);
            double currentThresholdW = unmodulatedThresholdW * (1.0 + linewidthRatio);
            estimatedThresholdKw = currentThresholdW / 1000.0;

            // 반사율 급증 시 PRBS 변조 전압을 상승시켜 선폭 추가 확장 (Kp 피드백)
            if (_backwardStokesPowerRatio > 0.001)
            {
                double reflectionExcess = _backwardStokesPowerRatio - 0.001;
                _commandedModulatorVpp += _kp * reflectionExcess * 100.0;
            }
            else
            {
                _commandedModulatorVpp -= 0.1 * (_commandedModulatorVpp - 3.2) * _dt; // 기본 전압 복원
            }

            // EOM 구동기 하드웨어 전압 한계 (1.0V ~ 8.5V)
            if (_commandedModulatorVpp < 1.0) _commandedModulatorVpp = 1.0;
            else if (_commandedModulatorVpp > 8.5) _commandedModulatorVpp = 8.5;

            // 전압에 따른 등가 선폭 갱신
            _currentLinewidthGHz = _commandedModulatorVpp * 0.65;

            commandedVpp = _commandedModulatorVpp;
            isSbsSuppressionActive = _isSbsCatastrophicDamageRisk;
        }

        public double CommandedModulatorVpp => _commandedModulatorVpp;
        public double CurrentLinewidthGHz => _currentLinewidthGHz;
    }
}