利用傅里叶变换的可分割性计算夫琅禾费衍射图样CALCULATION OF FRAUNHOFER DIFFRACTION BASED ON THE SEPARABILITY OF FOURIER TRANSFORM
张敬雯,王文玲,黄安平
摘要(Abstract):
本文揭示了由傅里叶变换模拟夫琅禾费衍射图像的过程具有可分割性与可加性,将衍射现象的物理过程与其傅里叶变换的数学表现相统一。通过对比基尔霍夫公式与二维傅里叶变换,验证了夫琅禾费衍射图像与衍射孔的二维傅里叶变换等价。类比夫琅禾费衍射是无数个子波的相干叠加,具有可分割性与可加性,得到由二维傅里叶变换模拟衍射图像这一过程也具有可分割性与可加性。这表明夫琅禾费衍射图像等价于其衍射孔任意分割后各部分傅里叶变换的叠加,且分割后各部分的衍射图像与其傅里叶变换一一对应。以正n边形为例,我们使用本方法推导出的衍射图像的Matlab仿真结果与现有文献中其他方法给出的结果一致。最后,我们给出了衍射现象与傅里叶变换等价的物理解释。
关键词(KeyWords): 夫琅禾费衍射;傅里叶变换;Matlab仿真
基金项目(Foundation): 北京高等教育“本科教学改革创新项目”(“一制二式三化”的基础物理实验教学新模式探索);; 北京市优质本科课程建设项目(基础物理实验);; 北京航空航天大学2019—2022年教育教学改革培育项目(新工科背景下大学物理课程TPE模型教学改革与实践)资助
作者(Author): 张敬雯,王文玲,黄安平
参考文献(References):
- [1] 杨兵初.大学物理学[M].北京:高等教育出版社,2011.
- [2] 陈昌兆,张晓森.矩孔夫琅禾费衍射的解析解和数值解[J].安徽理工大学学报(自然科学版),2014,34(4):6-9.CHENG C Z,ZHANG X S.Analytical and numerical solutions of the rectangular Fraunhofer diffraction[J].Journal of Anhui University of Science and Technology (Nature Science),2014,34(4):6-9.(in Chinese)
- [3] 谢嘉宁,赵建林,陈伟成,等.夫琅禾费衍射的计算机仿真[J].大学物理,2004(3):51-54.XIE J N,ZHAO J L,CHEN W C,et al.Computer simulation of Fraunhofer diffraction experiments[J].College Physics,2004(3):51-54.(in Chinese)
- [4] 宋易知.任意正多边形小孔夫琅禾费衍射成像探讨[J].物理实验,2017,37(11):48-51.SONG Y Z.Discussion on the Fraunhofer diffraction imaging of arbitrary regular polygon hole[J].Physics Experimentation,2017,37(11):48-51.(in Chinese)
- [5] The open course of Optics by MIT Prof.George Barbastathis,Prof.Colin Sheppard,Dr.Se Baek Oh in spring 2009.
- [6] 钟锡华,陈熙谋.大学物理通用教程光学[M].2版.北京:北京大学出版社.2011
- [7] 张文玉,戴又善.夫琅禾费衍射的线性变换计算[J].大学物理,2016,35(7):47-55.ZHANG W Y,DAI Y S.Calculate of Fraunhofer diffraction by linear transformation[J].College Physics,2016,35(7):47-55.(in Chinese)
- [8] 高宗生、滕岩梅.复变函数与积分变换[M].北京:北京航空航天出版社,2016.