光学前沿动态
OPTICS FRONTIERS
05
2024
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衍射光场的计算：关于菲涅尔近场衍射，当平面波接触超表面发生相位突变之后的场分布计算，该如何算呢？
作者：
之前有朋友想看下文章 Matlab光学菲涅尔衍射，Matlab曲线、图形的动态可视化 的源码，源码就在本文中。
还有朋友说文章 这里是有趣的中国光学史 分享的电子书以及 Rsoft中衍射模块（DiffracMOD）的建模（附模型）中分享的模型已经过期。我又更新了链接，30天内有效。
大家可以在公众号中回复"ZGGXS"以及“SinDifmodersoft”关键词领取。假期还有两天，祝大家愉快。
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如果题主想看超表面表面或者“很近”的场分布，我想直接全波求解看二维切面的场分布就好了。计算量应该不是很大。
如果题主想看远一些位置的场分布，可以利用全波计算出超表面附近的场分布，提取场的数据，利用角谱或者其他方式可以分析远场的电磁场传播行为。
再说题主谈到了菲涅尔近场衍射，菲涅尔也是有一定条件的。可以参考之前的一篇文章：知识笔记| 多缝衍射。
想要看一下衍射图案(携带特定相位信息的光场或光场通过特定器件)的菲涅尔衍射情况，可以先看下菲涅尔衍射的基本公式。
通过上式，我们可以了解在菲涅尔衍射的条件下，我们观察位置的场分布可以看成入射场叠加上衍射图案的调制相位(这里也可以认为超表面提供的相位突变)合成的入射信息场的傅里叶变换再乘以
这个分析往往适用于不是很远的距离，且在较小的垂直轴向的范围内。无论是以上的方式还是角谱，使用matlab是挺简单的实现方式，这主要得益于matlab中的快速傅里叶变换函数fft, fft2。以下是用简单的方式看下光场通过聚焦透镜的传播行为。
其实，在衍射光学或者去研究DOE都可以使用近似的模型对衍射场进行预估，很重要的是如何采样以及知晓传输过程中物理尺寸的变化。
往往都是取观察平面同衍射平面相同的像素。观察屏的像素尺寸为 
。在进行fft的过程中，也有一些”补零“的操作，这样可以计算更远的距离，也提升了计算精度。
在傅里叶变换变为上述离散傅里叶变换时，是存在一个
的关系，这看了一帮助理解以上的叙述，以及帮助理解增加采样带来的实际效果。
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