Matlab：实现菲涅尔圆孔衍射仿真

本文基于光学原理，用Matlab实现菲涅尔圆孔衍射现象仿真。

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以下使用了两种菲涅尔衍射的数值计算方法：

• 菲涅尔衍射积分的离散求和
• 菲涅尔衍射FFT法

Project Code

% 作者：ZQJ
% 日期：2021.7.22 星期四

%**********************基于光场传输模拟菲涅尔圆孔衍射*************************
%% 菲涅尔衍射积分*******************************************
clear,clc,close all;
allmasks = f_Masks;
func_translight = f_Lightfield_transmission;
% ********************** 系统参数设定
lamda = 1550e-9;     % 波长
N = 200;             % 一边像素数目
x_length = 0.01;     % 矩阵长度
w0 = 1e-3;           % 高斯光束腰半径
Gs_z = 1e-3;         % 高斯光传输距离
% ********************** 菲涅尔衍射
mask_hole = allmasks.circle_hole(x_length/N,N,0.08/N);
figure; subplot(1,2,1), imagesc(mask_hole); colormap gray;

Gaussian_I = f_Gaussian_beams(w0,Gs_z,lamda,x_length,x_length,N,N);
subplot(1,2,2),imagesc(Gaussian_I), colormap hot;

E0 = Gaussian_I.*mask_hole;
E1 = func_translight.Fresnel_integrate(lamda,E0,x_length,x_length,x_length,x_length,N,N,0.5);
figure,imagesc(abs(E1)), colormap hot;

%% 菲涅尔衍射FFT法******************************************
clear,clc,close all;
allmasks = f_Masks;
func_translight = f_Lightfield_transmission;
% ********************** 系统参数设定
lamda = 1550e-9;     % 波长
N = 200;             % 一边像素数目
x_length = 0.01;     % 矩阵长度
w0 = 1e-3;           % 高斯光束腰半径
Gs_z = 1e-3;         % 高斯光传输距离
% ********************** 菲涅尔衍射
mask_hole = allmasks.circle_hole(x_length/N,N,0.08/N);
figure; subplot(1,2,1), imagesc(mask_hole); colormap gray;

Gaussian_I = f_Gaussian_beams(w0,Gs_z,lamda,x_length,x_length,N,N);
subplot(1,2,2),imagesc(Gaussian_I), colormap hot;

E0 = Gaussian_I.*mask_hole;
E1 = func_translight.FFT_(lamda,E0,x_length,x_length,0.5);
figure,imagesc(abs(E1)), colormap hot;

Appendix Code

• 圆孔掩膜产生函数，参看Matlab：产生“几何图形掩膜”函数
• 高斯光产生函数，参看Matlab：实现高斯光束产生
• 菲涅尔积分算法函数：参看Matlab：实现光场传输函数

仿真结果图：

• 衍射前：
  
• 菲涅尔圆孔衍射光强图：
  

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专栏内容供作者本人或大家学习使用，多多指教 ~