MATLAB实现的菲涅尔波带片衍射光学元件设计与仿真系统

资 源 简 介

本项目基于MATLAB开发，通过菲涅尔波带片理论自动计算波带片半径分布，生成二元相位图，并提供可视化仿真功能，适用于光学设计与教学应用。

详 情 说 明

基于菲涅尔波带片理论的衍射光学元件相位分布设计与仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB开发的衍射光学元件设计平台，专门用于菲涅尔波带片（Fresnel Zone Plate, FZP）的自动化设计与性能仿真。系统通过严格的物理光学理论计算，实现从基础参数输入到完整性能分析的完整工作流程，为光学工程师和研究人员提供高效的设计工具。

功能特性

• 自动化设计计算：根据输入的光学参数（波长、焦距等）自动生成菲涅尔波带片的半径分布
• 相位分布生成：支持二元相位（0/π交替）及多级相位量化方案
• 可视化展示：提供波带片径向结构分布和二维相位分布的图形化显示
• 衍射效应仿真：模拟光束通过波带片后的传播和聚焦过程
• 参数优化功能：内置优化算法，可调整设计参数以获得最佳聚焦性能
• 性能分析报告：自动生成聚焦性能指标，包括焦斑尺寸、斯特列尔比等关键参数

使用方法

1. 参数设置：在运行主程序前，设置所需的光学参数：

- 光学波长（μm量级） - 设计焦距（mm量级） - 波带片直径（mm量级） - 相位量化级数（默认二元相位） - 环境参数（折射率、传播介质等）

1. 执行设计：运行主程序，系统将自动完成波带片设计和仿真分析

1. 结果获取：程序输出包括：

- 波带片半径分布数据 - 相位分布二维图像 - 衍射场强度分布仿真结果 - 聚焦性能分析报告 - 设计参数汇总表格 - 可导出的相位分布数据文件

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 必需工具箱：图像处理工具箱、优化工具箱
• 推荐内存：4GB以上
• 显示器分辨率：1280×1024或更高，用于清晰显示相位分布图

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能模块，包括参数输入处理、波带片半径计算算法、相位分布生成引擎、衍射传播仿真器以及结果可视化组件。该文件实现了从基础光学参数到完整波带片设计的全流程自动化处理，能够生成高质量的相位分布图并进行准确的衍射效果模拟，同时提供参数优化和性能分析能力。