AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 광양자 마이크로링 공진기(MRR) 단일 광자 필터 열광학·피에조 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.PhotonicRingResonator
{
    /// <summary>
    /// 마이크로링 공진기 광검출 텔레메트리 상태
    /// </summary>
    public readonly ref struct RingResonatorTelemetryState
    {
        public readonly double DropPortOpticalPowerNanoW; // 드롭 포트 투과 파워 [nW]
        public readonly double PumpLeakageSuppressionDb;  // 펌프 억제율 [dB]
        public readonly double RingTemperatureKelvin;     // 링 공진기 국소 온도 [K]
        public readonly double InputLaserWavelengthNm;    // 입사 레이저 파장 [nm]

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public RingResonatorTelemetryState(double pDrop, double suppDb, double temp, double lambda)
        {
            DropPortOpticalPowerNanoW = pDrop;
            PumpLeakageSuppressionDb = suppDb;
            RingTemperatureKelvin = temp;
            InputLaserWavelengthNm = lambda;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 열광학 히터 및 피에조 구동 명령
    /// </summary>
    public readonly ref struct RingResonatorServoCommand
    {
        public readonly double HeaterVoltageMilliVolts;   // 백금 마이크로히터 전압 [mV]
        public readonly double PiezoTrimmingVoltageVolts;// 피에조 미세 위상 전압 [V]
        public readonly double ResonanceWavelengthShiftPm;// 공진 파장 보정량 [pm]
        public readonly bool SinglePhotonFilterAligned;  // 60dB 이상 억제 잠금 성공 여부

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public RingResonatorServoCommand(double vHtr, double vPzt, double shiftPm, bool aligned)
        {
            HeaterVoltageMilliVolts = vHtr;
            PiezoTrimmingVoltageVolts = vPzt;
            ResonanceWavelengthShiftPm = shiftPm;
            SinglePhotonFilterAligned = aligned;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 10,000Hz 주기 마이크로링 단일 광자 필터 서보 엔진
    /// </summary>
    public ref struct PhotonicRingResonatorServoEngine
    {
        private const double HeaterSensitivityPmPerMv = 0.085; // 1mV당 0.085pm 이동
        private double _accumulatedHeaterMv;
        private double _prevLeakagePower;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public RingResonatorServoCommand UpdateServo(
            in RingResonatorTelemetryState state, double dtSeconds)
        {
            // 1. 투과 파워 최소화 극점 추적 (Gradient Descent)
            double powerDelta = state.DropPortOpticalPowerNanoW - _prevLeakagePower;
            _prevLeakagePower = state.DropPortOpticalPowerNanoW;

            double gradient = (dtSeconds > 1e-9) ? powerDelta / dtSeconds : 0.0;

            // 히터 전압 누적 조정
            _accumulatedHeaterMv -= 0.12 * gradient * dtSeconds;
            _accumulatedHeaterMv = Math.Clamp(_accumulatedHeaterMv, 0.0, 2500.0);

            // 고속 피에조 미세 조정 (100Hz 이상 미세 진동 보상)
            double pztVolts = 5.0 - 0.05 * gradient;
            pztVolts = Math.Clamp(pztVolts, 0.0, 10.0);

            double shiftPm = _accumulatedHeaterMv * HeaterSensitivityPmPerMv;

            // 잠금 성공 판정: 펌프 억제 60dB 이상
            bool aligned = state.PumpLeakageSuppressionDb >= 60.0;

            return new RingResonatorServoCommand(
                _accumulatedHeaterMv,
                pztVolts,
                shiftPm,
                aligned
            );
        }
    }
}