در سال‌های اخیر، زبان پایتون به‌عنوان ابزاری قدرتمند در حوزه علوم و مهندسی، جایگاه ویژه‌ای در میان پژوهشگران و مهندسان اپتیک و فوتونیک پیدا کرده است. انعطاف‌پذیری بالا، منابع گسترده و وجود کتابخانه‌های تخصصی متعدد باعث شده تا بسیاری از تحلیل‌ها و طراحی‌های نوری با استفاده از این زبان انجام گیرد. در ادامه به معرفی برخی از مهم‌ترین کتابخانه‌های پایتونی در این زمینه می‌پردازیم:
RayOptics یا RayOpt
این کتابخانه برای تحلیل و طراحی سیستم‌های نوری با استفاده از روش ردیابی پرتو طراحی شده است. با استفاده از RayOpt می‌توان انواع سیستم‌های لنزی و آینه‌ای، مانند چشمی‌ها، تلسکوپ‌ها و طیف‌سنج‌ها را مدل‌سازی کرد. این کتابخانه به‌طور خاص برای بررسی ابیراسیون‌ها (خطاهای اپتیکی) و تنظیم المان‌های اپتیکی در مسیر پرتو نور بسیار کاربردی است. RayOpt گزینه‌ای ایده‌آل برای آموزش و پژوهش‌های مقدماتی در طراحی سیستم‌های اپتیکی به شمار می‌آید.
POPPY
کتابخانه‌ای توسعه‌یافته توسط ناسا، که امکان مدل‌سازی دقیق پراش موجی (wave diffraction) و انتشار اپتیکی را فراهم می‌کند. POPPY بیشتر در شبیه‌سازی سیستم‌های پیچیده مانند تلسکوپ‌های فضایی و ابزارهای اخترفیزیکی استفاده می‌شود. این کتابخانه برای تحلیل پدیده‌هایی مانند حلقه‌های پراش، لکه ایرری، و انتشار موج در فضای آزاد بسیار مناسب است.
LightPipes
این کتابخانه بر پایه نظریه‌های موجی و پراش فرنل طراحی شده و ابزار فوق‌العاده‌ای برای شبیه‌سازی و تحلیل پدیده‌های تداخلی، پراکندگی و پروپاگیشن موج‌های نوری محسوب می‌شود. از LightPipes در تحقیقات آزمایشگاهی و آموزش اپتیک فیزیکی استفاده می‌شود. قابلیت تحلیل جلوه‌های موجی در سیستم‌های اپتیکی واقعی از نقاط قوت این ابزار است.
Meep
Meep یکی از قدرتمندترین ابزارهای موجود برای شبیه‌سازی میدان‌های الکترومغناطیسی است. این کتابخانه مبتنی بر روش FDTD (Finite-Difference Time-Domain) توسعه یافته و در تحلیل ساختارهای فوتونیکی مانند کریستال‌های نوری، موجبرها و مبدل‌های نوری کاربرد دارد. Meep برای پژوهش در حوزه لیزرهای نیمه‌هادی، طراحی ادوات نانوفوتونیکی و سیستم‌های نوری مجتمع گزینه‌ای بسیار حرفه‌ای است.
Simphony
این ابزار برای طراحی و تحلیل مدارهای فوتونیکی مجتمع (PICs) توسعه داده شده است. Simphony این امکان را فراهم می‌کند تا طراحان بتوانند شبکه‌های نوری پیچیده را با ساختاری مشابه طراحی مدارهای الکترونیکی مدل‌سازی و بررسی کنند. این کتابخانه برای استفاده در صنعت فوتونیک سیلیکونی و مراکز طراحی مدارهای نوری پیشرفته کاربردی است.
OpenCV و Scikit-Image
در کاربردهایی که نیاز به پردازش تصویر دارند—مانند تحلیل داده‌های میکروسکوپی، تصاویر دوربین‌های نوری، یا تداخل‌سنج‌ها—استفاده از OpenCV و Scikit-Image کاملاً رایج است. این کتابخانه‌ها امکانات متنوعی مانند فیلترگذاری، تحلیل فوریه، تشخیص لبه‌ها، تقسیم‌بندی ناحیه‌ای و بازسازی تصاویر نوری را در اختیار کاربران قرار می‌دهند. ترکیب این ابزارها با الگوریتم‌های یادگیری ماشین نیز امکان‌پذیر است.
PySpectra
یک ابزار سبک و کاربردی برای تحلیل داده‌های طیف‌سنجی است. این کتابخانه برای رسم نمودارهای طیفی، آنالیز شدت‌های نوری، و مدیریت داده‌های خروجی از طیف‌سنج‌ها طراحی شده است. PySpectra می‌تواند به‌صورت مستقیم با داده‌های تجربی کار کند و تحلیل‌هایی مانند مرکز ثقل طیف، پهنای نصف توان (FWHM) و تغییرات طیفی را به سادگی انجام دهد.
matplotlib و Plotly
در کنار ابزارهای تخصصی، استفاده از کتابخانه‌های عمومی رسم نمودار مانند matplotlib و plotly نیز در پروژه‌های اپتیکی بسیار رایج است. این ابزارها برای ترسیم توزیع‌های نوری، پروفایل پرتوها، تغییرات طیف یا بررسی شدت تابش در بازه‌های مختلف بسیار مؤثرند.
pyzdde
برای کاربرانی که از نرم‌افزار Zemax OpticStudio استفاده می‌کنند، کتابخانه pyzdde نقش مهمی ایفا می‌کند. این ابزار به پایتون اجازه می‌دهد تا از طریق ZOS-API با Zemax در ارتباط باشد. با استفاده از pyzdde می‌توان طراحی اپتیکی را به‌صورت خودکار انجام داد، نتایج را تحلیل کرد، پارامترها را بهینه‌سازی کرد و یا از آن در تحلیل‌های دسته‌ای بهره برد. این کتابخانه در پروژه‌های صنعتی و تحقیقاتی پیشرفته که نیاز به تعامل بین نرم‌افزار طراحی اپتیکی و محیط برنامه‌نویسی دارند، بسیار ارزشمند است.
در مجموع، پایتون به واسطه‌ی کتابخانه‌های متنوع خود، امروزه به ابزاری کامل برای طراحان و پژوهشگران اپتیک تبدیل شده است. از طراحی سیستم‌های کلاسیک گرفته تا شبیه‌سازی پدیده‌های نانوفوتونیکی و تحلیل داده‌های آزمایشگاهی، این زبان امکانات گسترده‌ای را در اختیار کاربران خود قرار می‌دهد.
