polarization op• Datenarten: keine → cimage (ein Operator, der allein durch seine Argumente bestimmt ist — er nimmt kein Bild und keine Daten entgegen)
• Aufruf: import optics; optics.jones_element(kind='polarizer', angle_deg=0.0, retardance_deg=90.0) (oder opsoptics.get("jones_element"))
Eine komplexe 2x2-Jones-Matrix für ein Polarisationselement.
> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.
*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.
Jeder optics-Operator prüft seine Eingabe vor der Berechnung (nichts rutscht stillschweigend durch):
• Einheiten stecken im Argumentnamen — _mm / _um / _deg / _mrad. Eine Verwechslung von mm und µm stürzt nicht ab, sondern liefert eine plausibel aussehende falsche Antwort; der Name verhindert das. Aus der Größenordnung wird nie auf die Einheit geschlossen.
• **Strings lösen ValueError aus** — float('50') gelingt, sodass ein ungeparster Konfigurationswert als Länge durchrutschen würde (gemessen: thin_lens('50', '200') lieferte plausible 66,667 mm). bool wird als implizite Hochstufung True == 1 ebenfalls abgelehnt.
• **complex / Masked Arrays lösen ValueError aus (nur reelle Slots; das stille Verwerfen des Imaginärteils bzw. Abstreifen der Maske wird abgelehnt). NaN/Inf löst bei jeder Eingabe ValueError aus.**
• Division durch null und Verwandtes wird namentlich abgelehnt: Brennweite 0, Krümmungsradius 0, Brechzahl <= 0, undurchlässige Blende (alles 0, die Normierung wird 0/0), PSF mit Summe <= 0, Stokes-Vektor mit S0 = 0 und ein Objekt im vorderen Brennpunkt (Bild im Unendlichen).
• Nur zwei Operatoren liefern einen nicht-endlichen Wert, und beide halten das vertraglich fest: depth_of_field liefert jenseits der hyperfokalen Distanz far_mm = inf (genau das bedeutet die hyperfokale Distanz), und gaussian_beam liefert an der Taille wavefront_radius_mm = inf (der Krümmungsradius einer ebenen Wellenfront). Beide liefern zusätzlich einen endlichen Partner (far_is_infinite / curvature_per_mm). **Jedes andere stille NaN/Inf wird intern erkannt und löst ValueError aus** — "float64 ist übergelaufen" und "die Antwort ist unendlich" sind verschiedene Aussagen; die erste wird nie im Gewand der zweiten geliefert.
• Größenobergrenzen: erzeugte Gitter durch optics.MAX_GRID (4096), übergebene Felder/PSFs/Blenden durch optics.MAX_FIELD_ELEMENTS (2^24), ABCD-Elementketten durch optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS (1024), Zernike durch MAX_ZERNIKE_TERMS (512) / MAX_ZERNIKE_ORDER (40) / MAX_ZERNIKE_BASIS (2^25). Damit werden Pfade fail-closed geschlossen, in denen ein kleines Argument eine riesige interne Allokation auslöst (gemessen: n_max=40 × 4096² braucht 108 GB).
• Physikalisch unmögliche Zustände werden ebenfalls abgelehnt: Stokes-Vektor mit Polarisationsgrad > 1, negative Transmission, negative Intensität und ungültige Zernike-Indizes wie ungerades n-|m|.
• Leitfaden zur Familie optics_imaging
• Katalog der Beispieldaten (Download-URLs / Lizenzen) — 2-D nutzt skimage.data (BSD/Public Domain) plus synthetische Bilder, 3-D nennt Download-URLs echter Datenquellen (Stanford, PDS, …).
• Herkunft und Literatur der Operatoren — die Quellen der Forschung/Verfahren, auf denen diese Operatorfamilie beruht.
• Der kanonische Algorithmus (Autor, Jahr) und seine Anwendungen stehen im Familienleitfaden oben.
• optics_imaging — py -3.11 examples/optics_imaging.py
cimage als Eingabe)angular_spectrum_propagate · jones_apply
polarization)jones_apply · stokes_from_jones · mueller_element · mueller_apply · stokes_analyze
*Provenance: optics.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*
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