jones_element — OPTICS `polarization` op

• 数据种类:无 → cimage(仅由参数决定的算子 —— 不接受图像或数据输入)

• 调用:import optics; optics.jones_element(kind='polarizer', angle_deg=0.0, retardance_deg=90.0)(或 opsoptics.get("jones_element"))

用法

单个偏振元件的 2x2 复 Jones 矩阵。

> 以下的详细说明为原文 —— 摘要与标题已翻译。

*kind* is one of :data:JONES_KINDS:

`"polarizer"` ideal linear polariser, transmission axis at *angle_deg*

from x · `"retarder"` linear retarder, fast axis at *angle_deg*,

retardance *retardance_deg* · `"quarter_wave" / "half_wave"`

retarders with the retardance fixed at 90 / 180 degrees (*retardance_deg*

is then ignored — stated here so a caller who passes one is not left

wondering) · `"rotator"` optical rotator turning the polarisation by

*angle_deg*.

The retarder is written symmetrically, `diag(exp(-i*d/2), exp(+i*d/2))`

before rotation, so it introduces no common phase — the fast axis leads.

Elements are built as `R(+a) @ J0 @ R(-a)`.

Returns a `(2, 2)` complex128 matrix acting on a Jones vector

`[Ex, Ey]; compose a train with J_total = J_last @ ... @ J_first` and

apply it with :func:jones_apply.

Ground truth it reproduces exactly (machine precision): two crossed ideal

polarisers multiply to the zero matrix; a polariser is idempotent

(`P @ P == P`); a half-wave plate is an involution up to a global phase

(`H @ H == -I` in this symmetric convention); a quarter-wave plate at 45

degrees turns horizontal linear light into circular (`|S3| == 1`); the

Malus law `cos^2(theta)` falls out of two polarisers at relative angle

theta.

Raises `ValueError`: an unknown *kind* (the message lists the valid

ones); non-finite *angle_deg* or *retardance_deg*.

Ideal, lossless, normal-incidence elements. A real polariser has a finite

extinction ratio and a real waveplate is chromatic; neither is modelled, and

neither is silently approximated. Jones algebra can only carry **fully

polarised** light — for partial polarisation use :func:mueller_element.

该族通用的输入契约(fail-closed)

optics 的每个算子都先校验输入再计算(不让任何东西无声通过):

• 单位写进参数名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不会崩溃,而是给出「看着合理却是错的答案」,所以用命名来防。这里绝不从数值大小去猜单位。

• **字符串一律 ValueError** —— float('50') 会成功,于是未解析的配置值会被当成长度混进来(实测:thin_lens('50', '200') 曾返回看着合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隐式提升拒绝。

• **complex / masked array 一律 ValueError(仅接受实数槽位;拒绝无声丢弃虚部或剥掉掩码)。所有输入中的 NaN/Inf 一律 ValueError**。

• 逐项点名拒绝除零及其近亲:焦距 0、曲率半径 0、折射率 <= 0、全不透明光阑(全为 0,归一化变成 0/0)、总和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 矢量、物体位于前焦点(像在无穷远)。

• 只有两个算子会返回非有限值,而且都写进了契约:depth_of_field 在超焦距以外返回 far_mm = inf(这正是超焦距的定义),gaussian_beam 在束腰处返回 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半径)。两者都同时返回一个有限的搭档(far_is_infinite / curvature_per_mm)。**除此之外的无声 NaN/Inf 都在内部检出并 ValueError** ——「float64 溢出了」和「答案是无穷大」是两种不同的主张,不能拿后者的脸去交付前者。

• 尺寸上限:生成网格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,传入的场/PSF/光阑受 optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24),ABCD 元件序列受 optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024),Zernike 受 MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。以 fail-closed 堵住「小参数引发巨大内部分配」的路径(实测:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。

• 物理上不可能的状态同样拒绝:偏振度 > 1 的 Stokes 矢量、负透过率、负强度、n-|m| 为奇数等非法 Zernike 指标。

详细使用指南

• optics_imaging 族使用指南

参考(示例数据・文献)

• 示例数据目录(下载 URL / 许可证) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有领域)加合成图,3-D 给出真实数据源(Stanford/PDS 等)的下载 URL。

• 算子来历与参考文献 —— 该算子族所依据的研究/方法出处。

• 算法的正典(作者・年份)与用途见上面的族使用指南。

可运行的示例(实际调用该算子并已验证的样例)

• optics_imaging — py -3.11 examples/optics_imaging.py

类型可衔接的下一个算子(可接受 `cimage` 作为输入)

angular_spectrum_propagate · jones_apply

同类别(`polarization`)

jones_apply · stokes_from_jones · mueller_element · mueller_apply · stokes_analyze

*Provenance: optics.py — OPTICS 算子登记表。本条目由 tools/opdocs.py md 自动生成(请勿手工编辑)。*

jones_element — OPTICS polarization op

用法