Python实现矩形孔的夫朗和费衍射图样输出

时间: 2024-02-12 16:06:38 浏览: 25
以下是 Python 实现矩形孔的夫朗和费衍射图样输出的示例代码: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt def rect(x, y, w, h): return np.logical_and(np.logical_and(x >= -w/2, x <= w/2), np.logical_and(y >= -h/2, y <= h/2)) def fraunhofer_rect(wavelength, a, L, N): x = np.linspace(-a/2, a/2, N) y = np.linspace(-a/2, a/2, N) X, Y = np.meshgrid(x, y) aperture = rect(X, Y, L, L) aperture_ft = np.fft.fftshift(np.fft.fft2(aperture)) pattern = np.abs(aperture_ft)**2 dx = x[1] - x[0] dy = y[1] - y[0] kx = 2*np.pi*np.fft.fftshift(np.fft.fftfreq(N, dx)) ky = 2*np.pi*np.fft.fftshift(np.fft.fftfreq(N, dy)) KX, KY = np.meshgrid(kx, ky) scaling = 1.0/(wavelength*L) pattern = np.fft.fftshift(pattern) pattern = pattern/scaling**2 return pattern, kx, ky def fresnel_rect(wavelength, a, L, N, z): x = np.linspace(-a/2, a/2, N) y = np.linspace(-a/2, a/2, N) X, Y = np.meshgrid(x, y) aperture = rect(X, Y, L, L) aperture_ft = np.fft.fftshift(np.fft.fft2(aperture)) dx = x[1] - x[0] dy = y[1] - y[0] kx = 2*np.pi*np.fft.fftshift(np.fft.fftfreq(N, dx)) ky = 2*np.pi*np.fft.fftshift(np.fft.fftfreq(N, dy)) KX, KY = np.meshgrid(kx, ky) scaling = np.exp(1j*np.pi*wavelength*z*(KX**2 + KY**2)) pattern_ft = aperture_ft*scaling pattern = np.abs(np.fft.ifft2(np.fft.ifftshift(pattern_ft)))**2 dxp = wavelength*z/(L*N*dx) dyp = wavelength*z/(L*N*dy) xp = np.linspace(-wavelength*z/L, wavelength*z/L, N) yp = np.linspace(-wavelength*z/L, wavelength*z/L, N) return pattern, xp, yp # Fraunhofer diffraction pattern, kx, ky = fraunhofer_rect(633e-9, 0.1, 2e-3, 1024) plt.imshow(pattern, extent=[kx.min(), kx.max(), ky.min(), ky.max()], cmap='gray') plt.xlabel('kx (1/m)') plt.ylabel('ky (1/m)') plt.title('Fraunhofer diffraction pattern') plt.show() # Fresnel diffraction pattern, xp, yp = fresnel_rect(633e-9, 0.1, 2e-3, 1024, 1.0) plt.imshow(pattern, extent=[xp.min(), xp.max(), yp.min(), yp.max()], cmap='gray') plt.xlabel('x (m)') plt.ylabel('y (m)') plt.title('Fresnel diffraction pattern (z = 1 m)') plt.show() ``` 这段代码中,`rect` 函数用于生成矩形孔的孔径函数,`fraunhofer_rect` 函数用于计算矩形孔的 Fraunhofer 衍射图样,`fresnel_rect` 函数用于计算矩形孔的 Fresnel 衍射图样。在主程序中,我们先输出 Fraunhofer 衍射图样,然后输出 Fresnel 衍射图样。你可以根据自己的需要修改函数的输入参数来生成不同的图像。

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