给我一个菲涅尔衍射python代码,要求球面波入射二维光栅
时间: 2024-12-22 13:19:13 浏览: 8
对于菲涅尔衍射,当球面波遇到二维光栅时,通常需要使用复数分析方法。以下是一个简化的Python代码片段,它展示了如何计算球面波入射到二维光栅的情况。请注意,这只是一个简化版的模型,实际应用中可能需要考虑更复杂的数学描述。
```python
import numpy as np
from scipy.special import jv, iv
from matplotlib.pyplot import imshow, contourf
# 参数设置
lambda_ = 500e-9 # 波长 (nm)
r = 1e-6 # 球面波半径 (m)
d = 5e-6 # 光栅线距 (m)
N = 512 # 网格点数
x_max = 1e-3 # 图像范围最大值 (m)
theta = np.radians(30) # 入射角
# 球面波函数
def spherical_wave(radius, distance):
return np.exp(1j * 2 * np.pi * radius / lambda_ * distance)
# 菲涅尔衍射系数
def fresnel_coefficient(distance, sin_theta):
return np.exp(1j * (2 * np.pi / lambda_) * distance * sin_theta)
# 光栅函数
def grating_function(x, dx, N, period):
return np.array([np.sin(2 * np.pi * n * x / (period * dx)) for n in range(N)])
# 创建网格
x = np.linspace(-x_max, x_max, N)
dx = x_max / (N - 1)
y = x[:, np.newaxis]
# 入射球面波
incident_wave = spherical_wave(r, 0)
# 光栅衍射项
grating = grating_function(y, dx, N, d)
sin_theta = np.sin(theta)
衍射_factors = fresnel_coefficient(d, sin_theta) * grating
# 总波场
total_wave = incident_wave * np.sum(diffraction_factors, axis=0)
# 平方并归一化得到强度
intensity = np.abs(total_wave)**2
# 可视化
imshow(intensity, extent=[-x_max, x_max, -x_max, x_max], origin="lower", aspect="equal")
colorbar(label='Intensity')
title('Fresnel Diffraction by a Spherical Wave onto a Two-Dimensional Grating')
show()
```
这个代码首先定义了球面波和菲涅尔衍射的相关参数,然后通过循环计算每个光栅线的衍射贡献,最后将所有衍射项合并形成总波场并计算强度。注意,此代码仅适用于理想条件下的简单演示,实际场景可能需要考虑更多因素如光源扩散等。
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