wave op• データ種: なし → table(引数だけで決まる op —— 画像やデータの入力を取らない)
• 呼び出し: import optics; optics.gaussian_beam(waist_um=100.0, wavelength_um=1.064, distance_mm=0.0, n_medium=1.0) (または opsoptics.get("gaussian_beam"))
ガウスビームの伝播: スポット径・波面曲率・Gouy 位相。
> 以下の詳細説明は原文のままです —— 要約と見出しは訳出済み。
The `q`-parameter solution of the paraxial wave equation, evaluated at
*distance_mm* from the waist. With `zR = pi*w0^2*n/lambda`:
`w(z) = w0*sqrt(1 + (z/zR)^2) · R(z) = z*(1 + (zR/z)^2)` ·
`psi(z) = arctan(z/zR)` (Gouy) · far-field half-divergence
`theta = lambda/(pi*n*w0)`.
Returns a dict: `radius_um the 1/e^2 field radius w(z)` ·
`rayleigh_mm zR · wavefront_radius_mm R(z)` ·
`curvature_per_mm 1/R(z) · gouy_deg · divergence_mrad` the
far-field half angle · `waist_um and distance_mm` echoed back.
**`wavefront_radius_mm is inf` exactly at the waist, by contract**:
the wavefront there is planar and a plane has infinite radius. That is why
`curvature_per_mm` is also returned — it is 0 at the waist and finite
everywhere, so downstream arithmetic never has to divide by an infinity.
A negative `R (before the waist, z < 0`) means a converging wavefront.
Ground truth it reproduces exactly (verified at machine precision): at
`z = zR the spot is sqrt(2)*w0, the wavefront radius is 2*zR` (its
minimum over all z) and the Gouy phase is exactly 45 degrees; the
beam-parameter product `w0*theta = lambda/(pi*n)` holds for every input.
Raises `ValueError`: non-positive or non-finite *waist_um*,
*wavelength_um*, *n_medium*; non-finite *distance_mm*.
Paraxial and fundamental-mode (TEM00) only: a real multimode beam needs an
`M^2` factor, which this op deliberately does not fake by accepting one
silently.
optics の全 op は入力を検証してから計算する(黙って通さない):
• 単位は引数名に埋め込む — _mm / _um / _deg / _mrad。mm と µm の取り違えは crash ではなく「もっともらしく間違った答え」なので、名前で防ぐ。大きさから単位を推測する処理は一切しない。
• **文字列は ValueError** — float('50') は成功してしまうため、未パースの設定値が長さとして通り抜ける(実測: thin_lens('50', '200') がもっともらしい 66.667 mm を返していた)。bool も True == 1 の暗黙昇格として拒否。
• **complex / masked array は ValueError(実数枠のみ。虚部の無言切り捨て・マスク剥がしを拒否)。NaN/Inf は全入力で ValueError**。
• 0 除算とその親戚を名指しで拒否: 焦点距離 0・曲率半径 0・屈折率 <= 0・不透明な開口(全 0 なので正規化が 0/0)・総和 <= 0 の PSF・S0 = 0 の Stokes ベクトル・物体が前側焦点にある(像が無限遠)。
• 非有限を返すのは 2 op だけ、しかも契約として明記: depth_of_field の過焦点距離以遠の far_mm = inf(それが過焦点距離の定義)と gaussian_beam のウエストでの wavefront_radius_mm = inf(平面波面の曲率半径)。どちらも有限の相棒(far_is_infinite / curvature_per_mm)を併せて返す。**それ以外の無言 NaN/Inf は内部で検出して ValueError** —「float64 が溢れた」と「答えが無限大」は別の主張なので、後者の顔で前者を返さない。
• サイズ上限: 生成格子は optics.MAX_GRID(4096)、供給された場/PSF/開口は optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24)、ABCD 素子列は optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024)、Zernike は MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。小さな引数から巨大な内部確保が起きる経路(実測: n_max=40 × 4096² で 108 GB)を fail-closed で塞ぐ。
• 物理的に不可能な状態も拒否: 偏光度 > 1 の Stokes ベクトル、負の透過率、負の強度、n-|m| が奇数などの不正な Zernike 添字。
• サンプルデータ カタログ(DL URL / ライセンス) — 2-D は skimage.data(BSD/public)+ 合成、3-D は実データ源(Stanford/PDS 等)の DL URL。
• 演算子の来歴・参考文献 — この op 族の元になった研究/手法の出典。
• アルゴリズムの正典(著者・年)と用途は上記ファミリ使い方ガイドに記載。
• optics_imaging — py -3.11 examples/optics_imaging.py
table を入力に取れる)abcd_matrix · wavefront_stats · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd · spot_diagram
wave)airy_pattern · angular_spectrum_propagate · fraunhofer_pattern
*Provenance: optics.py — OPTICS operator registry. この per-op ノートは tools/opdocs.py md が自動生成(手編集しない)。*
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