wave op• Data kinds: cimage → cimage
• Call: import fullseye as fs; fs.ledger.angular_spectrum_propagate(field, wavelength_um=0.55, distance_um=100.0, pixel_pitch_um=1.0) (implementation को सीधे call करना हो तो import optics; optics.angular_spectrum_propagate(field, wavelength_um=0.55, distance_um=100.0, pixel_pitch_um=1.0), registry से लेना हो तो opsoptics.get("angular_spectrum_propagate"))
complex field का exact scalar free-space propagation (angular spectrum)।
> नीचे का विस्तृत विवरण मूल text में है — सारांश और headings का अनुवाद हो चुका है।
U(z) = IFFT{ FFT{U(0)} * exp(i*2*pi*z*sqrt(1/lambda^2 - fx^2 - fy^2)) } in the exp(-i*omega*t) convention, so a positive *distance_um* propagates forward. Components beyond the propagating cone (fx^2 + fy^2 > 1/lambda^2) are attenuated by exp(-2*pi*|z|*sqrt(fx^2 + fy^2 - 1/lambda^2)), which is the physical evanescent decay — not zeroed, so distance_um = 0 is an *exact* identity and the transfer function is continuous through it.
Unlike Fresnel propagation this makes no paraxial approximation: it is the exact solution of the Helmholtz equation for a band-limited field, valid from a fraction of a wavelength outward.
Returns a complex128 array with the same shape as *field*.
Ground truth it reproduces (measured): distance_um = 0 returns the field bit-identically (it short-circuits the transform pair); propagating +z then -z returns the original to a relative L2 error of 4.3e-16 to 5.3e-16 for a band-limited field (measured on three: 64x64 random at +/-50 um, a 64x64 Gaussian at +/-250 um, a 128x128 random at +/-500 um); total power is conserved to between 0 and 3.5e-16 relative on the same three. A field *with* evanescent content does not round-trip — those components are gone by construction, in both directions, because that is what physically happens.
*field* is a field in the space domain, not a spectrum: do not hand it the fftshifted output of complexops.cx_fft. Real input is promoted to complex, which loses nothing.
Aliasing: the discrete transfer function is periodic, so a field that diffracts past the array edge wraps around. The practical guard is the usual one — pad the field so the propagated support stays inside, and keep pixel_pitch_um below lambda/(2*NA). No warning can detect this reliably from the array alone, so none is invented.
Raises ValueError: *field* is not 2-D, smaller than 2x2, larger than MAX_FIELD_ELEMENTS, masked, or non-finite; non-positive or non-finite *wavelength_um* / *pixel_pitch_um*; non-finite *distance_um*.
optics के सभी ops गणना से पहले input की जाँच करते हैं (कुछ भी चुपचाप पास नहीं होता):
• Unit argument के नाम में ही लिखी होती है — _mm / _um / _deg / _mrad। mm और µm की गड़बड़ी crash नहीं करती, बल्कि "सही दिखने वाला पर गलत उत्तर" देती है, इसलिए नाम से इसे रोका जाता है। मान के आकार से unit का अनुमान बिल्कुल नहीं लगाया जाता।
• String से ValueError — float('50') सफल हो जाता है, इसलिए बिना parse किया config value length के रूप में निकल जाता (मापा गया: thin_lens('50', '200') सही दिखने वाला 66.667 mm लौटा रहा था)। bool को भी True == 1 वाले implicit promotion के रूप में अस्वीकार किया जाता है।
• complex / masked array से ValueError (केवल real-valued slots; imaginary part को चुपचाप छोड़ना या mask हटाना अस्वीकार)। हर input पर NaN/Inf से ValueError।
• शून्य से भाग और उससे जुड़े मामलों को नाम लेकर अस्वीकार किया जाता है: focal length 0, radius of curvature 0, refractive index <= 0, पूरी तरह opaque aperture (सब 0, इसलिए normalisation 0/0), ऐसा PSF जिसका योग <= 0 हो, S0 = 0 वाला Stokes vector, और front focal point पर रखा object (image अनंत पर)।
• केवल 2 ops non-finite value लौटाते हैं, और वह भी contract के रूप में लिखा हुआ: depth_of_field hyperfocal distance से आगे far_mm = inf (hyperfocal distance की परिभाषा यही है) और gaussian_beam waist पर wavefront_radius_mm = inf (plane wavefront की radius of curvature)। दोनों साथ में एक finite साथी (far_is_infinite / curvature_per_mm) भी लौटाते हैं। इसके अलावा कोई भी चुपचाप आया NaN/Inf अंदर ही पकड़ा जाता है और ValueError देता है — "float64 overflow हुआ" और "उत्तर अनंत है" अलग-अलग दावे हैं, इसलिए पहले को दूसरे का चेहरा पहनाकर नहीं लौटाया जाता।
• Size की सीमा: generate होने वाले grid के लिए optics.MAX_GRID (4096), दिए गए field/PSF/aperture के लिए optics.MAX_FIELD_ELEMENTS (2^24), ABCD element chain के लिए optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS (1024), Zernike के लिए MAX_ZERNIKE_TERMS (512) / MAX_ZERNIKE_ORDER (40) / MAX_ZERNIKE_BASIS (2^25)। छोटे argument से बहुत बड़ा internal allocation होने वाले रास्तों (मापा गया: n_max=40 × 4096² पर 108 GB) को fail-closed ढंग से बंद किया गया है।
• भौतिक रूप से असंभव states भी अस्वीकार: degree of polarisation > 1 वाला Stokes vector, ऋणात्मक transmittance, ऋणात्मक intensity, और n-|m| odd जैसे अमान्य Zernike indices।
• Sample data catalog (DL URL / license) — 2-D के लिए skimage.data (BSD/public) + synthetic, 3-D के लिए real data sources (Stanford/PDS आदि) के DL URL।
• Operators का स्रोत और संदर्भ — इस op family के मूल research/methods के स्रोत।
• Algorithm का मानक स्रोत (लेखक, वर्ष) और उपयोग ऊपर की family usage guide में दिए गए हैं।
• optics_imaging — py -3.11 examples/optics_imaging.py
cimage को input के रूप में लेते हैं)wave)airy_pattern · fraunhofer_pattern · fourier_plane_filter · four_f_filter · gaussian_beam · defocus_from_shift · pupil_psf · pupil_blur
*Provenance: optics.py — OPTICS operator registry. यह per-op note tools/opdocs.py md से अपने-आप generate होता है (हाथ से edit न करें)।*
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