微透镜

阅读模式 · 发表于前天 02:36

微透镜阵列的参数是他的每一个透镜的半径是460.8个像素大小，边缘是51.2个像素大小，透镜冠高是25.6个像素，透镜焦距是6144个像素长度（像素数不意味着什么，只是统一一下这个长度计量值）然后来读取这个zbf文件上的光线传输到微透镜阵列焦点处的能量分布，你帮我把上面代码中的这个所有关于微透镜阵列的参数提出来，然后给他一个平行光，750nm的，我要看到这个微透镜前表面的光强分布图以及微透镜焦点的强度分布图，波长是750nm，微透镜材质是二氧化硅

机器人Gpt · 发表于前天 02:37

为了实现这个任务，您需要对微透镜阵列进行建模并执行波动光学仿真来获得所需的光强分布图。我们可以使用Python与光学仿真库（例如`PyTorch`或`numpy`等）以及适合的光学模块（例如`PyLab`、`Wavefront`等）来模拟此系统。

首先，从您提供的参数中提取微透镜阵列的信息：
- 透镜半径：460.8 像素
- 边缘：51.2 像素
- 透镜冠高：25.6 像素
- 焦距：6144 像素
- 波长：750 nm
- 微透镜材料：二氧化硅

接下来，您可以使用这些信息设置仿真条件，例如：

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# 定义常量
wavelength = 750e-9 # 波长 750 nm
pixel_size = 1e-6 # 假设 1 像素 = 1 µm
lens_radius = 460.8 * pixel_size
edge_size = 51.2 * pixel_size
lens_height = 25.6 * pixel_size
focal_length = 6144 * pixel_size
# 定义光源（平行光）
num_points = 1000 # 模拟的点数
x = np.linspace(-lens_radius, lens_radius, num_points)
y = np.linspace(-lens_radius, lens_radius, num_points)
X, Y = np.meshgrid(x, y)
R = np.sqrt(X**2 + Y**2)
# 设置透镜面曲率
lens_surface = np.where(R <= lens_radius, lens_height - np.sqrt(lens_height**2 - R**2), 0)
# 光波在透镜表面的初始相位分布
k = 2 * np.pi / wavelength
initial_phase = k * lens_surface
# 对透镜阵列表面进行光学传输
# 这里假设平面波传播，实际情况可用更复杂的模型
intensity_before_lens = np.abs(np.exp(1j * initial_phase))
# 绘图透镜前表面的光强分布
plt.figure()
plt.imshow(intensity_before_lens, extent=(-lens_radius, lens_radius, -lens_radius, lens_radius))
plt.title('Intensity on Microlens Surface')
plt.xlabel('x (µm)')
plt.ylabel('y (µm)')
plt.colorbar(label='Intensity')
plt.show()
# 焦点处的模拟，通常需要更复杂的波动光学计算或傅里叶光学
# 这里以简单傅里叶变换示意，实际需根据具体光学软件进行分析
# 占位运算：在小规模实验环境中替代为耗费时间的模拟
# (一个真正有效计算焦斑涉及更复杂的衍射计算)
fft_result = np.fft.fft2(np.exp(1j * initial_phase))
intensity_at_focus = np.abs(np.fft.fftshift(fft_result))**2
plt.figure()
plt.imshow(intensity_at_focus)
plt.title('Intensity at Focal Plane')
plt.colorbar(label='Intensity')
plt.show()

复制代码

请注意，这个示例代码是一个简化版本，只用于示范如何设置光学系统参数及显示光强分布。实际使用中，您可能需要更精确和全面的光学仿真软件（如Zemax或Code V）来达到更好的结果和准确性。
--- 光学专家Gpt

匿名 *发表于前天 02:40* · 发表于前天 02:40

用matlab写

机器人Gpt · 发表于前天 02:40

LIYU 发表于 2025-03-10 02:40
用matlab写

为了在 MATLAB 中模拟微透镜阵列的光强分布，我们可以使用简单的波前相位调制和傅里叶光学方法。以下是一个基本的 MATLAB 脚本，您可以根据自己的需要进行调整：

% 微透镜参数设置
wavelength = 750e-9; % 波长为750 nm
pixel_size = 1e-6; % 假设1个像素为1微米
lens_radius = 460.8 * pixel_size;
edge_size = 51.2 * pixel_size;
lens_height = 25.6 * pixel_size;
focal_length = 6144 * pixel_size;
% 空间坐标
num_points = 1000; % 样点数目
x = linspace(-lens_radius, lens_radius, num_points);
y = linspace(-lens_radius, lens_radius, num_points);
[X, Y] = meshgrid(x, y);
R = sqrt(X.^2 + Y.^2);
% 生成透镜面形函数，假设球面透镜
k = 2 * pi / wavelength;
lens_surface = zeros(size(R));
idx_inside = R <= lens_radius;
lens_surface(idx_inside) = lens_height - sqrt(lens_height^2 - R(idx_inside).^2);
% 透镜对入射波前的相位调制
input_wavefront = exp(-1i * k * lens_surface);
% 计算透镜表面的光强分布
intensity_surface = abs(input_wavefront).^2;
% 傅里叶变换至焦平面以获得强度分布
fft_wavefront = fftshift(fft2(input_wavefront));
intensity_focus = abs(fft_wavefront).^2;
% 绘制结果
figure;
subplot(1, 2, 1);
imagesc(x, y, intensity_surface);
axis image;
title('Micro-lens Surface Intensity');
xlabel('x (m)');
ylabel('y (m)');
colorbar;
subplot(1, 2, 2);
focus_extent = (wavelength * focal_length) / (num_points * pixel_size); % 焦点处空间范围
fx = linspace(-focus_extent/2, focus_extent/2, num_points);
fy = linspace(-focus_extent/2, focus_extent/2, num_points);
imagesc(fx, fy, intensity_focus);
axis image;
title('Focus Plane Intensity');
xlabel('fx (m)');
ylabel('fy (m)');
colorbar;

复制代码

### 脚本说明：
1. **参数初始化**：脚本首先初始化了微透镜的参数，包括波长、半径、冠高以及焦距。

2. **空间坐标定义**：使用 `linspace` 和 `meshgrid` 定义二维空间坐标。

3. **透镜面形函数**：假设球面透镜，通过解析几何公式计算每个点的面形高度。

4. **相位调制**：计算透镜对入射波前的相位调制效果。

5. **光强分布计算**：通过傅里叶变换来模拟光在焦平面的传播并获取强度分布。

6. **结果绘图**：使用 `subplot` 和 `imagesc` 函数绘制微透镜表面和焦平面的光强分布图。

可以根据实验需求进一步修改模型的细节，例如考虑衍射效应或材料特性等复杂因素。
--- 光学专家Gpt

匿名 *发表于前天 03:15* · 发表于前天 03:15

function simulate_microlens_array_zbf(fileName)
% 读取 ZBF 文件
[nx, ny, dx, dy, isPol, lambda, EX, EY, PilotRays] = read_ZBF(fileName);
lambda = lambda * 1e-9; % 转换波长到米

% 计算 ZBF 文件的光强
if isPol == 1
      intensity_zbf = abs(EX).^2 + abs(EY).^2;
else
      intensity_zbf = abs(EX).^2;
end

% 微透镜阵列参数设置
pixel_size = 0.0488e-6; % 假设 1 像素 =  µm
lens_radius = 460.8 * pixel_size;
edge_size = 51.2 * pixel_size;
lens_height = 25.6 * pixel_size;
focal_length = 6144 * pixel_size;

% 定义 2x2 微透镜阵列
lens_array_size = [2, 2];
period_x = 2 * (lens_radius + edge_size);
period_y = 2 * (lens_radius + edge_size);

% 生成 2x2 微透镜阵列的相位分布
[X, Y] = meshgrid(1:nx, 1:ny);
microlens_phase = zeros(ny, nx);
for i = 1:lens_array_size(1)
      for j = 1:lens_array_size(2)
         center_x = (j - 0.5) * period_x / pixel_size;
         center_y = (i - 0.5) * period_y / pixel_size;
         R = sqrt((X - center_x).^2 + (Y - center_y).^2) * pixel_size;
         lens_surface = zeros(size(R));
         idx_inside = R <= lens_radius;
         lens_surface(idx_inside) = lens_height - sqrt(lens_height^2 - R(idx_inside).^2);
         k = 2 * pi / lambda;
         phase = k * lens_surface;
         microlens_phase = microlens_phase + phase;
      end
end

% 将 ZBF 文件的光场与微透镜阵列相位相乘
if isPol == 1
      EX_microlens = EX .* exp(1i * microlens_phase);
      EY_microlens = EY .* exp(1i * microlens_phase);
else
      EX_microlens = EX .* exp(1i * microlens_phase);
end

% 傅里叶变换到焦点平面
if isPol == 1
      fft_EX = fftshift(fft2(EX_microlens));
      fft_EY = fftshift(fft2(EY_microlens));
      intensity_focus = abs(fft_EX).^2 + abs(fft_EY).^2;
else
      fft_EX = fftshift(fft2(EX_microlens));
      intensity_focus = abs(fft_EX).^2;
end

% 绘制结果
figure;
subplot(1, 2, 1);
imagesc(intensity_zbf);
axis image;
title('ZBF 文件光强分布');
xlabel('x (像素)');
ylabel('y (像素)');
colorbar;

subplot(1, 2, 2);
imagesc(intensity_focus);
axis image;
title('微透镜阵列焦点处光强分布');
xlabel('x (像素)');
ylabel('y (像素)');
colorbar;
end

function [nx, ny, dx, dy, isPol, lambda, EX, EY, PilotRays ] = read_ZBF(filename)
% 打开文件
fid = fopen(filename, 'r');
if fid == -1
      error('无法打开文件：%s', filename);
end

% 读取第一部分头部信息
vec = fread(fid, 9, 'int');
fileFormat = vec(1);
nx = vec(2);
ny = vec(3);
isPol = vec(4);

% 根据文件格式读取第二部分头部信息
if (fileFormat == 1) % 新文件格式
      vec = fread(fid, 20, 'double');
      lambda = vec(9);
      PilotRays.posX = vec(3);
      PilotRays.posY = vec(6);
      PilotRays.rayleighX = vec(4);
      PilotRays.rayleighY = vec(7);
      PilotRays.waistX = vec(5);
      PilotRays.waistY = vec(8);
else % 旧文件格式
      vec = fread(fid, 11, 'double');
      lambda = vec(5);
      PilotRays.posX = vec(3);
      PilotRays.posY = vec(3);
      PilotRays.rayleighX = vec(4);
      PilotRays.rayleighY = vec(4);
      PilotRays.waistX = vec(6);
      PilotRays.waistY = vec(6);
end

dx = vec(1);
dy = vec(2);

% 读取 E 场值 (Ex)
vecEX = fread(fid, nx*ny*2, 'double');
realAndIma = reshape(vecEX, [2, nx*ny]);
real = reshape(realAndIma(1,

, [ny, nx]);
ima = reshape(realAndIma(2,

, [ny, nx]);
EX = real + 1i * ima;
EX = transpose(EX);

if (isPol == 1)
      % 读取 E 场值 (Ey) 如果是偏振光
      vecEY = fread(fid, nx*ny*2, 'double');
      realAndIma = reshape(vecEY, [2, nx*ny]);
      real = reshape(realAndIma(1,

, [ny, nx]);
ima = reshape(realAndIma(2,

, [ny, nx]);
      EY = real + 1i * ima;
      EY = transpose(EY);
else
      EY = 0;
end

fclose(fid);
end这个代码为什么焦点处没有光强分布呢？

机器人Gpt · 发表于前天 03:15

LIYU 发表于 2025-03-10 03:15
function simulate_microlens_array_zbf(fileName)
...

继续您的 MATLAB 脚本以完成微透镜阵列仿真。以下是代码示例的继续部分，其中生成微透镜数组并计算相位分布：

idx_inside = R <= lens_radius;
lens_surface(idx_inside) = lens_height - ...
sqrt(lens_radius^2 - R(idx_inside).^2);
microlens_phase = microlens_phase + ...
(k * lens_surface); % 透镜相位调制
end
end
% 将相位应用于入射波前
incident_wavefront = exp(1i * microlens_phase);
% 空频域仿真
Fourier_transformed_wave = fftshift(fft2(ifftshift(incident_wavefront)));
% 计算焦平面强度分布
intensity_focus = abs(Fourier_transformed_wave).^2;
% 可视化结果
figure;
imagesc(x * 1e6, y * 1e6, microlens_phase);
colorbar;
title('Microlens Array Phase');
xlabel('x (µm)');
ylabel('y (µm)');
figure;
imagesc(x * 1e6, y * 1e6, intensity_focus);
colorbar;
title('Intensity at Focal Plane');
xlabel('x (µm)');
ylabel('y (µm)');
end

复制代码

在这个脚本中，`lens_radius`、`edge_size`、`lens_height`和`focal_length`都基于您提供的像素单位参数转换成物理尺寸。`microlens_phase`用于存储微透镜阵列的整体相位调制。`incident_wavefront`表示经过微透镜相位调制的入射波前。

请注意，这个代码假设您已经有一个名为 `read_ZBF` 的函数来读取 ZBF 文件，并且假设光线传输到微透镜阵列焦点处的能量分布以电场分量 `EX` 和 `EY` 提供。你需要确保所有变量被正确定义和初始化，如`nx`和`ny`的大小，`lambda`代表设置的波长。另外，根据需要调整`read_ZBF`函数或数据输入。
--- 光学专家Gpt

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