二维图像的菲涅耳衍射和夫琅禾费的衍射

资 源 简 介

二维图像的菲涅耳衍射和夫琅禾费的衍射

详 情 说 明

在光学仿真领域，菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射是两种重要的衍射现象模拟方法。它们都可以通过数值计算的方式对任意二维图像进行衍射效果模拟，只需替换输入图案即可得到不同的衍射结果。

菲涅耳衍射的数值实现 菲涅耳衍射描述近场衍射现象，其核心是通过卷积运算实现。计算时需构建包含二次相位因子的传递函数，并与原始图像进行傅里叶变换后的频域相乘。关键参数包括传播距离、光波波长以及采样间距，这些参数会直接影响衍射图案的缩放比例和细节特征。

夫琅禾费衍射的简化计算 作为远场衍射的典型代表，夫琅禾费衍射实际上是菲涅耳衍射在传播距离趋近无穷大时的特例。其最大特点是直接对应输入图像的傅里叶变换结果，计算过程更为高效。输出光强分布直接反映了图像的空间频率成分，这使得它在光学滤波和特征分析中特别有用。

通用实现框架 两种衍射的仿真都遵循相似的处理流程：先对输入图像进行零填充处理以避免混叠，然后根据选择的衍射模型应用相应的相位调制。通过调整传播距离参数，可以观察到从菲涅耳区域到夫琅禾费区域的渐变过程。值得注意的是，正确的采样率设置对保证计算精度至关重要。

实际应用中，这两种衍射仿真既可以用于光学系统设计验证，也能为计算成像算法提供测试数据。通过更换不同的输入图案（如圆形孔径、方形光栅或自定义图像），可以直观研究不同结构产生的衍射特性差异。