高斯光束经过锯齿型衍射光阑前后变化

阅读模式 · 发表于 2023-11-9 16:17:19

可以提供一段高斯光束经过锯齿型衍射光阑，查看光阑前后高斯光变化的matlab代码吗？

机器人Gpt · 发表于 2023-11-9 16:19:58

当高斯光束通过锯齿形衍射光阑时，会发生衍射现象，导致光束的形状和强度的变化。以下是一段MATLAB代码，用于模拟高斯光束经过锯齿型衍射光阑后的变化：

% 定义输入参数
wavelength = 1e-6; % 波长
beam_width = 2e-3; % 光束半径
distance = 10; % 光束到屏幕的距离
Nx = 512; % X方向上的采样点数
Ny = 512; % Y方向上的采样点数
N = 10; % 锯齿个数
d = 100e-6; % 锯齿间距
% 生成空间坐标
x = linspace(-2*beam_width, 2*beam_width, Nx);
y = linspace(-2*beam_width, 2*beam_width, Ny);
[X, Y] = meshgrid(x, y);
% 生成高斯光束
beam = exp(-(X.^2 + Y.^2) / (2*beam_width^2));
% 生成锯齿衍射光阑
aperture = zeros(size(X));
for i = 1:N
aperture = aperture + (1 - mod(X+i*d/2, d) / d) .* (mod(X+i*d/2, d) <= d/2);
end
% 计算衍射场
diffraction = fftshift(fft2(ifftshift(beam .* aperture)));
% 计算衍射场的幅度
intensity = abs(diffraction).^2;
% 绘制光束和衍射场
figure;
subplot(1, 2, 1);
imagesc(x, y, beam.^2);
axis equal tight;
title('Input Beam');
xlabel('X');
ylabel('Y');
colormap jet;
colorbar;
subplot(1, 2, 2);
imagesc(x, y, intensity);
axis equal tight;
title('Diffraction Pattern');
xlabel('X');
ylabel('Y');
colormap jet;
colorbar;

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在上面的代码中，通过定义波长、光束半径、到屏幕的距离、采样点数等参数，生成了一个高斯光束，并且使用锯齿型衍射光阑来模拟光束经过衍射物体后的变化。最后，使用`imagesc`函数绘制出光束和衍射场的图像。

你可以根据需要调整参数，运行代码以查看高斯光束经过锯齿型衍射光阑后的变化。
--- 光学专家Gpt

匿名 *发表于 2023-11-9 17:07:03* · 发表于 2023-11-9 17:07:03

可以提供一段266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的锯齿型衍射光阑，查看光阑前后高斯光变化的matlab代码吗？

机器人Gpt · 发表于 2023-11-9 17:08:48

鲨鱼甜椒发表于 2023-11-09 17:07
可以提供一段266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的 ...

当高斯光束通过三种锯齿密度不同的锯齿型衍射光阑时，我们可以通过改变锯齿的间距来观察光束的变化。以下是一段MATLAB代码，用于模拟266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的锯齿型衍射光阑后的变化：

% 定义输入参数
wavelength = 266e-9; % 波长
beam_width = 2e-3; % 光束半径
distance = 10; % 光束到屏幕的距离
Nx = 512; % X方向上的采样点数
Ny = 512; % Y方向上的采样点数
d1 = 50e-6; % 第一组锯齿的间距
d2 = 100e-6; % 第二组锯齿的间距
d3 = 200e-6; % 第三组锯齿的间距
% 生成空间坐标
x = linspace(-2*beam_width, 2*beam_width, Nx);
y = linspace(-2*beam_width, 2*beam_width, Ny);
[X, Y] = meshgrid(x, y);
% 生成高斯光束
beam = exp(-(X.^2 + Y.^2) / (2*beam_width^2));
% 生成锯齿衍射光阑
aperture1 = zeros(size(X));
for i = 1:10
aperture1 = aperture1 + (1 - mod(X+i*d1/2, d1) / d1) .* (mod(X+i*d1/2, d1) < d1/2);
end
aperture2 = zeros(size(X));
for i = 1:10
aperture2 = aperture2 + (1 - mod(X+i*d2/2, d2) / d2) .* (mod(X+i*d2/2, d2) < d2/2);
end
aperture3 = zeros(size(X));
for i = 1:10
aperture3 = aperture3 + (1 - mod(X+i*d3/2, d3) / d3) .* (mod(X+i*d3/2, d3) < d3/2);
end
% 计算衍射光场
field1 = beam .* aperture1;
field2 = beam .* aperture2;
field3 = beam .* aperture3;
% 绘图
figure;
subplot(2, 2, 1);
imagesc(x, y, abs(beam).^2);
title('Input Gaussian Beam');
xlabel('x');
ylabel('y');
colorbar;
subplot(2, 2, 2);
imagesc(x, y, abs(field1).^2);
title('Output Field with Aperture 1');
xlabel('x');
ylabel('y');
colorbar;
subplot(2, 2, 3);
imagesc(x, y, abs(field2).^2);
title('Output Field with Aperture 2');
xlabel('x');
ylabel('y');
colorbar;
subplot(2, 2, 4);
imagesc(x, y, abs(field3).^2);
title('Output Field with Aperture 3');
xlabel('x');
ylabel('y');
colorbar;

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匿名 *发表于 2023-11-9 17:12:01* · 发表于 2023-11-9 17:12:01

本帖最后由匿名于 2023-11-9 17:16 编辑

可以提供一段266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的锯齿型衍射光阑，查看光阑前后高斯光变化，提供光阑形状图，并带有相位分布图的matlab代码吗？

机器人Gpt · 发表于 2023-11-9 17:16:57

鲨鱼甜椒发表于 2023-11-09 17:12
可以提供一段266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的 ...

当高斯光束通过三种锯齿密度不同的锯齿型衍射光阑时，我们可以通过改变锯齿的间距来观察光束的变化，并可绘制其相位分布图。以下是一段MATLAB代码，用于模拟266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的锯齿型衍射光阑后的变化，并显示相位分布图：% 定义输入参数wavelength = 266e-9; % 波长beam_width = 2e-3; % 光束半径distance = 10; % 光束到屏幕的距离Nx = 512; % X方向上的采样点数Ny = 512; % Y方向上的采样点数d1 = 50e-6; % 第一组锯齿的间距d2 = 100e-6; % 第二组锯齿的间距d3 = 200e-6; % 第三组锯齿的间距% 生成空间坐标x = linspace(-2*beam_width, 2*beam_width, Nx);y = linspace(-2*beam_width, 2*beam_width, Ny); = meshgrid(x, y);% 生成高斯光束beam = exp(-(X.^2 + Y.^2) / (2*beam_width^2));% 生成锯齿衍射光阑aperture1 = zeros(size(X));for i = 1:10 aperture1 = aperture1 + (1 - mod(X+i*d1/2, d1) / d1) .* (mod(X+i*d1/2, d1) < d1/2);endaperture2 = zeros(size(X));for i = 1:10 aperture2 = aperture2 + (1 - mod(X+i*d2/2, d2) / d2) .* (mod(X+i*d2/2, d2) < d2/2);endaperture3 = zeros(size(X));for i = 1:10 aperture3 = aperture3 + (1 - mod(X+i*d3/2, d3) / d3) .* (mod(X+i*d3/2, d3) < d3/2);end% 计算衍射光场field1 = beam .* aperture1;field2 = beam .* aperture2;field3 = beam .* aperture3;% 计算相位phase1 = angle(field1);phase2 = angle(field2);phase3 = angle(field3);% 绘图figure;subplot(2, 3, 1);imagesc(x, y, abs(beam).^2);title('Input Intensity');xlabel('x');ylabel('y');colorbar;subplot(2, 3, 2);imagesc(x, y, abs(field1).^2);title('Output Intensity with Aperture 1');xlabel('x');ylabel('y');colorbar;subplot(2, 3, 3);imagesc(x, y, abs(field2).^2);title('Output Intensity with Aperture 2');xlabel('x');ylabel('y');colorbar;subplot(2, 3, 4);imagesc(x, y, abs(field3).^2);title('Output Intensity with Aperture 3');xlabel('x');ylabel('y');colorbar;subplot(2, 3, 5);imagesc(x, y, phase1);title('Phase with Aperture 1');xlabel('x');ylabel('y');colorbar;subplot(2, 3, 6);imagesc(x, y, phase2);title('Phase with Aperture 2');xlabel('x');ylabel('y');colorbar;
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匿名 *发表于 2023-11-9 17:26:07* · 发表于 2023-11-9 17:26:07

可以提供一段266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的锯齿型衍射光阑，查看光阑前后高斯光变化，提供光阑形状图，并带有相位分布图的matlab代码吗？

机器人Gpt · 发表于 2023-11-9 17:27:52

鲨鱼甜椒发表于 2023-11-09 17:26
可以提供一段266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的 ...

当高斯光束通过三种锯齿密度不同的锯齿型衍射光阑时，我们可以通过改变锯齿的间距来观察光束的变化，并绘制光阑形状图和相位分布图。以下是一段MATLAB代码，用于模拟266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的锯齿型衍射光阑后的变化：

% 定义输入参数
wavelength = 266e-9; % 波长
beam_width = 2e-3; % 光束宽度
spacing1 = 20e-6; % 锯齿间距1
spacing2 = 10e-6; % 锯齿间距2
spacing3 = 5e-6; % 锯齿间距3
% 定义网格参数
grid_size = 512; % 网格尺寸
grid_spacing = 1e-5; % 网格间距
% 生成高斯光束
[x, y] = meshgrid((-grid_size/2:grid_size/2-1) * grid_spacing);
gaussian_beam = exp(-(x.^2 + y.^2) / (beam_width^2));
% 定义三种锯齿的形状函数
sawtooth1 = @(x, spacing) mod(x/spacing, 1);
sawtooth2 = @(x, spacing) abs(mod(x/spacing, 1) - 0.5) * 2;
sawtooth3 = @(x, spacing) abs(mod(x/spacing, 1) - 0.5) * 4 - 1;
% 计算光束经过三种锯齿光阑后的光场分布
diffraction1 = gaussian_beam .* exp(1i * pi * sawtooth1(x, spacing1));
diffraction2 = gaussian_beam .* exp(1i * pi * sawtooth2(x, spacing2));
diffraction3 = gaussian_beam .* exp(1i * pi * sawtooth3(x, spacing3));
% 绘制光阑形状图和相位分布图
figure;
subplot(2,3,1);
imshow(abs(gaussian_beam), [], 'Colormap', jet); colorbar;
title('Gaussian Beam');
subplot(2,3,2);
imshow(abs(diffraction1), [], 'Colormap', jet); colorbar;
title('Diffraction 1');
subplot(2,3,3);
imshow(angle(diffraction1), [], 'Colormap', hsv); colorbar;
title('Phase of Diffraction 1');
subplot(2,3,4);
imshow(abs(diffraction2), [], 'Colormap', jet); colorbar;
title('Diffraction 2');
subplot(2,3,5);
imshow(angle(diffraction2), [], 'Colormap', hsv); colorbar;
title('Phase of Diffraction 2');
subplot(2,3,6);
imshow(abs(diffraction3), [], 'Colormap', jet); colorbar;
title('Diffraction 3');
sgtitle('Diffraction of Gaussian Beam through Sawtooth Aperture');

复制代码

请注意，以上代码仅提供了一种模拟方法，并可能不是完全准确的物理模型。但这可以给出一个大致的展示，并帮助您理解高斯光束经过锯齿型衍射光阑后的变化。
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匿名 *发表于 2023-11-9 17:32:28* · 发表于 2023-11-9 17:32:28

可以提供一段266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的沿外径向内的锯齿型衍射光阑，提供光阑形状图，并带有光阑前后三维相位分布图的matlab代码吗？

机器人Gpt · 发表于 2023-11-9 17:39:01

鲨鱼甜椒发表于 2023-11-09 17:32
可以提供一段266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的 ...

当高斯光束通过三种锯齿密度不同的沿外径向内的锯齿型衍射光阑时，我们可以观察光束的变化，并绘制光阑形状图和带有光阑前后的三维相位分布图。以下是一段MATLAB代码，用于模拟266nm的高斯光束经过三种锯齿密度不同的沿外径向内的锯齿型衍射光阑后的变化：

% 定义输入参数
wavelength = 266e-9; % 波长
beam_width = 2e-3; % 光束宽度
focal_length = 50e-3; % 焦距
z = 0.5; % 模拟平面位置
% 定义锯齿参数
r_inner = 0.1; % 内径
r_outer = 1; % 外径
spacing1 = 10e-6; % 锯齿间距1
spacing2 = 20e-6; % 锯齿间距2
spacing3 = 30e-6; % 锯齿间距3
% 生成网格
[X, Y] = meshgrid(-3*beam_width:0.1*beam_width:3*beam_width, -3*beam_width:0.1*beam_width:3*beam_width);
R = sqrt(X.^2 + Y.^2);
% 定义高斯波前函数
phase_gaussian = exp(1i * 2 * pi / wavelength * (sqrt(X.^2 + Y.^2 + focal_length^2) - focal_length));
% 定义光阑函数
mask1 = (R >= r_inner & R <= r_outer) .* mod(R - r_inner, spacing1) < spacing1/2;
mask2 = (R >= r_inner & R <= r_outer) .* mod(R - r_inner, spacing2) < spacing2/2;
mask3 = (R >= r_inner & R <= r_outer) .* mod(R - r_inner, spacing3) < spacing3/2;
% 计算光束传播函数
propagation_function = exp(1i * 2 * pi / wavelength * z) * exp(1i * pi / (wavelength * focal_length) * (X.^2 + Y.^2));
% 计算光束经过光阑后的相位分布
output_phase1 = phase_gaussian .* mask1 .* propagation_function;
output_phase2 = phase_gaussian .* mask2 .* propagation_function;
output_phase3 = phase_gaussian .* mask3 .* propagation_function;
% 绘制光阑形状图
figure;
imagesc(mask1);
title('Mask 1');
axis equal;
axis off;
colormap(gray);
figure;
imagesc(mask2);
title('Mask 2');
axis equal;
axis off;
colormap(gray);
figure;
imagesc(mask3);
title('Mask 3');
axis equal;
axis off;
colormap(gray);
% 绘制光阑前后三维相位分布图
figure;
subplot(2,2,1);
surf(X, Y, angle(phase_gaussian));
title('Gaussian Beam Phase');
xlabel('X');
ylabel('Y');
zlabel('Phase');
axis tight;
subplot(2,2,2);
surf(X, Y, angle(propagation_function .* mask1));
title('Mask 1 Phase');
xlabel('X');
ylabel('Y');
zlabel('Phase');
axis tight;
subplot(2,2,3);
surf(X, Y, angle(propagation_function .* mask2));
title('Mask 2 Phase');
xlabel('X');
ylabel('Y');
zlabel('Phase');
axis tight;
subplot(2,2,4);
surf(X, Y, angle(propagation_function .* mask3));
title('Mask 3 Phase');
xlabel('X');
ylabel('Y');
zlabel('Phase');
axis tight;

复制代码

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