Python光学仿真学习衍射算法初步理解

 更新时间:2021年10月20日 11:21:19   作者:微小冷  
这篇文章主要为大家介绍了Python光学仿真学习中对衍射算法的初步理解,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步

对衍射最经典的解释是Huygens-Fresnel原理,Huygens认为波阵面上每一点都会成为新的波源,这些子波源的相互干涉就形成了衍射。这显然是一种离散的观点,仿佛是专门为程序员准备的一样。

假设一束光打在一个方形孔上,这个方形孔被细分成 n×n个网格,那么每个网格都相当于是一个小孔,而这些小孔的互相干涉,即为衍射。随着网格不断被细分,最终可以逼近真实的衍射情形。那么,假设矩孔处为等相位面,其网格坐标为  (i,j),到衍射屏距离为 d d d,那么对于衍射屏上任意一点P(x,y),其光强为

在这里插入图片描述

同理,我们刚刚写下的平面矩孔光强叠加也出现了问题,如果我们默认矩孔上每个格点都是一个点光源,那么打在衍射屏上之后,应该遵从球面波的衰减原则。又因为这种假设其实忽略了从光源射到矩孔过程中的光线的传播方向,所以应该有一个倾斜因子,即 ( i , j ) 点打在 ( x , y )点的光强为

在这里插入图片描述

#基尔霍夫衍射,衍射屏坐标范围-dGrid:dGrid,光源坐标(0,0)
#简单的矩孔衍射,dSource为光源到小孔的距离;dScreen为衍射屏到小孔距离
#dHole为矩孔网格尺寸;dGrid为衍射屏网格尺寸;nGrid为网格数目
def squareDiff(dSource=1,dScreen=1.4,dWave=1e-6,
            dHole=3e-5,nGrid=100,dGrid=1e-5):
    nX,nY = nGrid*np.array([1,1])
    axisX = np.arange(-nX,nX+1)*dGrid       
    axisY = np.arange(-nY,nY+1)*dGrid
    xAxis,yAxis = np.meshgrid(axisX,axisY)  #此为衍射屏的x坐标
    axisX = np.arange(-nX,nX+1)*dHole       
    axisY = np.arange(-nY,nY+1)*dHole
    xHole,yHole = np.meshgrid(axisX,axisY)  #此为矩孔的x坐标
    dArrS = np.sqrt(xHole**2+yHole**2+dSource**2)   #孔平面到光源的距离
    nSide = int(nGrid*2+1)              #格点个数
    pane = np.zeros([nSide,nSide])      #衍射屏强度
    for m in range(nSide):
        for n in range(nSide):
            dArr = np.sqrt((xHole-xAxis[m,n])**2+(yHole-yAxis[m,n])**2+dScreen**2)
            pane[m,n] = np.sum(
                np.cos(np.pi*2*(dArr+dArrS)/dWave)/dArr/dArrS)
    pane = np.abs(pane)
    pane = pane/np.max(np.array(pane))
    fig = plt.figure()
    ax = axd(fig)
    ax.plot_surface(xAxis,yAxis,pane)
    plt.show()
    return pane, xAxis, yAxis

其结果为

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

故可定义矩阵索引

#输入对于M*M矩阵的第一个值到N*N矩阵的距离,返回M(m,n)的距离矩阵
def getDisMat(dMat,N,m,n):
    dMat = np.mat(dMat)
    A = dMat[1:m,1:n]
    B = dMat[1:m,0:N-n+1]
    C = dMat[0:N-m+1,1:n]
    D = dMat[0:N-m+1,0:N-n+1]
    return np.vstack((np.hstack((np.flip(A),np.flipud(B))),np.hstack((np.fliplr(C),D))))    #stack矩阵拼接,flip翻转矩阵

相应地算法改为(其他位置不变)

    dArrS = np.sqrt(xHole**2+yHole**2+dSource**2) #孔平面到光源的距离
    dScreen = np.sqrt(                             #衍射平上第(0,0)个点的距离矩阵
        (xHole-xAxis[0,0])**2+(yHole-yAxis[0,0])**2+dScreen**2)
    nSide = int(nGrid*2+1)              #格点个数
    pane = np.zeros([nSide,nSide])      #衍射屏强度
    for m in range(nSide):
        for n in range(nSide):
            dArr = getDisMat(dScreen,nSide,m,n)

但这种优化是极其有限的,这是直观无脑的思维方式所带来的麻烦。在接下来的傅里叶光学中,我们将继续处理衍射的计算问题。

以上就是Python光学仿真学习衍射算法初步理解的详细内容,更多关于Python光学仿真衍射算法的资料请关注脚本之家其它相关文章!

相关文章

  • python读取文件指定行内容实例讲解

    python读取文件指定行内容实例讲解

    在本篇文章里小编给大家整理的是关于python读取文件指定行内容实例讲解,需要的朋友们可以参考下。
    2020-03-03
  • python django model联合主键的例子

    python django model联合主键的例子

    今天小编就为大家分享一篇python django model联合主键的例子,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧
    2019-08-08
  • Python操作JSON实现网络数据交换

    Python操作JSON实现网络数据交换

    这篇文章主要介绍了Python操作JSON实现网络数据交换,JSON的全称是 JavaScript Object Notation,是一种轻量级的数据交换格式,关于JSON的更多相关内容感兴趣的小伙伴可以参考一下
    2022-06-06
  • Python减少循环层次和缩进的技巧分析

    Python减少循环层次和缩进的技巧分析

    这篇文章主要介绍了Python减少循环层次和缩进的技巧,结合实例形式较为详细的分析了Python优化代码跳出循环以减少循环层次的技巧,具有一定参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下
    2016-03-03
  • python变量命名的7条建议

    python变量命名的7条建议

    这篇文章主要介绍了python变量命名的7条建议,如何给变量命名,如何让它变得有意义成了程序员不可逾越的难题,需要的朋友可以参考下
    2019-07-07
  • python保存字典数据到csv文件的完整代码

    python保存字典数据到csv文件的完整代码

    在实际数据分析过程中,我们分析用Python来处理数据(海量的数据),我们都是把这个数据转换为Python的对象的,比如最为常见的字典,下面这篇文章主要给大家介绍了关于python保存字典数据到csv的相关资料,需要的朋友可以参考下
    2022-06-06
  • Python抓取框架Scrapy爬虫入门:页面提取

    Python抓取框架Scrapy爬虫入门:页面提取

    Scrapy吸引人的地方在于它是一个框架,任何人都可以根据需求方便的修改,下面这篇文章主要给大家介绍了关于Python抓取框架Scrapy爬虫入门之页面提取的相关资料,文中通过示例代码介绍的非常详细,需要的朋友可以参考下。
    2017-12-12
  • 深人了解Python上下文管理器

    深人了解Python上下文管理器

    这篇文章主要为大家介绍了Python上下文管理器,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下,希望能够给你带来帮助<BR>
    2021-12-12
  • python实现图像处理之PiL依赖库的案例应用详解

    python实现图像处理之PiL依赖库的案例应用详解

    这篇文章主要介绍了python实现图像处理之PiL依赖库的案例应用详解,本篇文章通过简要的案例,讲解了该项技术的了解与使用,以下就是详细内容,需要的朋友可以参考下
    2021-07-07
  • Python使用matplotlib绘制正弦和余弦曲线的方法示例

    Python使用matplotlib绘制正弦和余弦曲线的方法示例

    这篇文章主要介绍了Python使用matplotlib绘制正弦和余弦曲线的方法,结合实例形式分析了Python调用matplotlib库进行图形绘制想具体操作技巧,需要的朋友可以参考下
    2018-01-01

最新评论