模拟光的衍射现象

资 源 简 介

模拟光的衍射现象

详 情 说 明

光的衍射是光波在遇到障碍物或通过狭缝时发生的弯曲现象，其类型主要取决于光的传播距离。在Matlab中，我们可以通过数值模拟来直观展示这一物理过程。

### 衍射类型与传播距离的关系 根据光的传播距离不同，衍射主要分为两种类型：

菲涅尔衍射（近场衍射） 当观察屏与障碍物距离较近时发生。此时光的波前曲率不可忽略，衍射图样呈现复杂的明暗条纹分布，边缘模糊且强度不均匀。

夫琅禾费衍射（远场衍射） 当观察屏距离障碍物足够远时（满足远场条件），光的波前近似为平面。衍射图样稳定，如著名的单缝衍射明暗条纹或圆孔衍射的艾里斑。

### Matlab模拟实现思路 建模障碍物 通过定义透光孔（如单缝、圆孔）的二维矩阵表示障碍物，未遮挡区域设为1，遮挡区域为0。

计算衍射场 近场（菲涅尔衍射）：使用角谱传播法或菲涅尔积分，考虑球面波的相位变化。 远场（夫琅禾费衍射）：通过快速傅里叶变换（FFT）将光场转换到频域，简化计算。

可视化结果 调整传播距离参数，对比不同距离下的光强分布图。远场衍射的条纹间距更均匀，而近场衍射会出现明显的边缘畸变。

### 扩展思考 通过参数化传播距离，可以动态演示从菲涅尔区到夫琅禾费区的过渡。例如，模拟激光通过不同尺寸的孔径时，传播距离对衍射图样的决定性影响。这一方法也可应用于光学系统设计或教学演示。