jones_element — OPTICS `polarization` op

• データ種: なし → cimage(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.jones_element(kind='polarizer', angle_deg=0.0, retardance_deg=90.0) (または opsoptics.get("jones_element"))

使い方

偏光素子 1 個ぶんの 2x2 複素 Jones 行列。

> 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。

*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.

ファミリ共通の入力契約(fail-closed)

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。

詳しい使い方ガイド

• optics_imaging ファミリガイド

参考(サンプルデータ・文献)

• 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。

実行できる例(この op を実際に呼ぶ検証済みサンプル)

• optics_imaging — py -3.11 examples/optics_imaging.py

型が繋がる次の op(`cimage` を入力に取れる)

angular_spectrum_propagate · jones_apply

同カテゴリ(`polarization`)

jones_apply · stokes_from_jones · mueller_element · mueller_apply · stokes_analyze

*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)。*

jones_element — OPTICS polarization op

使い方