테라헤르츠(THz) 양자 캐스케이드 레이저(QCL) 표면 플라즈몬 & 1,000Hz 0-Alloc C# 초고속 분광 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.Terahertz
{
    /// <summary>
    /// THz QCL 분광 텔레메트리 구조체 (16-byte 스택 전용)
    /// </summary>
    public readonly ref struct ThzQclState
    {
        public readonly float SubmountTempKelvin; // 서브마운트 온도 (K)
        public readonly float InjectionCurrentMa; // 주입 전류 (mA)
        public readonly float AbsorptionOpticalDensity; // 흡광도 (OD)
        public readonly float PeltierPwmDuty;     // 펠티에 H-브리지 PWM 듀티 (-1.0~1.0)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public ThzQclState(float temp, float current, float od, float duty)
        {
            SubmountTempKelvin = temp;
            InjectionCurrentMa = current;
            AbsorptionOpticalDensity = od;
            PeltierPwmDuty = duty;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz Zero-Allocation 테라헤르츠 QCL 초고속 분광 서보 엔진
    /// </summary>
    public ref struct ThzQclSpectroscopyServoEngine
    {
        private readonly float _targetTempKelvin;   // 목표 동작 온도 (e.g. 78.00 K)
        private readonly float _referencePowerUw;   // 기준 투과 파워 (uW)
        private float _currentPeltierDuty;          // 펠티에 PWM 듀티
        private float _integralTempError;           // 온도 적분 오차

        private const float MaxCurrentLimitMa = 850.0f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public ThzQclSpectroscopyServoEngine(float targetTemp, float refPowerUw)
        {
            _targetTempKelvin = targetTemp;
            _referencePowerUw = refPowerUw;
            _currentPeltierDuty = 0.0f;
            _integralTempError = 0.0f;
        }

        /// <summary>
        /// 1ms 주기(1,000Hz) 서미스터 온도 계측 및 볼로미터 투과 신호 흡광도 산출 (0-Alloc)
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public ThzQclState Update1Khz(float measuredTempK, float measuredPowerUw, float commandedCurrentMa, float dtSeconds)
        {
            // 1) 서브마운트 온도 오차 PI 제어
            float tempError = _targetTempKelvin - measuredTempK;
            _integralTempError += tempError * dtSeconds;
            _integralTempError = Math.Clamp(_integralTempError, -5.0f, 5.0f);

            _currentPeltierDuty = (tempError * 0.8f) + (_integralTempError * 0.15f);
            _currentPeltierDuty = Math.Clamp(_currentPeltierDuty, -1.0f, 1.0f);

            // 2) 비어-람베르트 법칙에 의한 광학 밀도(OD) 흡광도 산출
            float safePower = MathF.Max(0.01f, measuredPowerUw);
            float opticalDensity = MathF.Log(_referencePowerUw / safePower);

            return new ThzQclState(measuredTempK, commandedCurrentMa, opticalDensity, _currentPeltierDuty);
        }
    }
}