基于MATLAB的數(shù)字衍射光學(xué).pdf

1、光學(xué)實(shí)驗(yàn)需要穩(wěn)定的環(huán)境、精密的儀器，這有時(shí)使實(shí)驗(yàn)變得困難。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬在現(xiàn)代光學(xué)研究中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。在數(shù)字全息、數(shù)字干涉測(cè)量、衍射光學(xué)元件的設(shè)計(jì)制備等研究領(lǐng)域，都涉及到在計(jì)算機(jī)中對(duì)光學(xué)衍射過(guò)程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算或模擬的工作，所以選擇能夠準(zhǔn)確、快速地模擬光學(xué)衍射過(guò)程的算法在有重要的實(shí)際意義。本文重點(diǎn)分析了基于標(biāo)量衍射理論和快速傅里葉變換模擬光學(xué)衍射過(guò)程的一些基本問(wèn)題，特別是衍射數(shù)值模擬過(guò)程中采用不同抽樣方法的適用范

2、圍問(wèn)題。內(nèi)容如下： 1.對(duì)基于標(biāo)量衍射理論和離散傅里葉變換模擬光學(xué)衍射過(guò)程中的抽樣方式進(jìn)行了理論分析，分別給出了傳遞函數(shù)抽樣法、點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)抽樣法和加權(quán)函數(shù)抽樣法三種抽樣方法所對(duì)應(yīng)的抽樣和數(shù)值計(jì)算公式。 2.上述三種抽樣方法雖然都是基于標(biāo)量衍射理論和快速傅里葉變換，但是各自又有著不同的適用范圍。文中通過(guò)對(duì)抽樣函數(shù)局域空間頻率的分析，給出了一個(gè)判定算法適用范圍的特征距離zc，并證明，傳遞函數(shù)抽樣法適用于衍射距離小于特征距離z

3、c的情況，點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)抽樣法適用于衍射距離大于特征距離zc的情況，而直接傅里葉變換法只適用于特征距離Zc的情況。 3.為了驗(yàn)證上述理論分析的正確性，我們?cè)贛ATLAB環(huán)境下分別模擬了三種不同抽樣方法在不同距離處的衍射圖像，得到了與理論分析相一致的結(jié)果：當(dāng)衍射距離等于特征距離zc時(shí)，三種算法的模擬結(jié)果相同；當(dāng)衍射距離小于特征距離zc時(shí)，傳遞函數(shù)抽樣法具有最佳模擬結(jié)果，點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)抽樣法和加權(quán)函數(shù)抽樣法的模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏差越來(lái)越明