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菲涅耳数、近远场与 FFT 采样规划器
先用波长、孔径和距离判断实验所处区间,再核对主瓣尺度、输出坐标和采样风险。它不是“自动保证正确”的按钮,而是开始 Matlab 衍射仿真前的参数检查单。
仅做标量、傍轴、自由空间传播的实验规划;计算在浏览器完成,不上传参数。
为什么不能只看衍射彩图
独立归一化后的彩图会隐藏能量变化、尺度错误和窗口截断。可复现实验至少要保存波长、孔径尺寸、传播距离、输入/输出采样间隔、未归一化强度和中心截面,并通过网格加倍检查结果是否收敛。
FFT 坐标最容易错在哪里
二维 FFT 的数组索引并不是物理坐标。使用单 FFT 远场或缩放菲涅耳实现时,需要把空间频率映射为 x₂=λzf,并在 fftshift 后让零频位于中心。不同传播方法不能混用同一套输出坐标公式。
官方函数核对
Matlab 的二维变换与零频居中行为可分别核对 MathWorks fft2 和 MathWorks fftshift 文档。
常见问题
Fresnel 数怎样计算?
本工具采用 F=a²/(λz),其中 a 是圆孔半径或单缝半宽,λ 是波长,z 是传播距离。不同文献若用直径定义特征尺寸,数值会相差常数倍,比较前必须先统一定义。
F 小于多少可以使用夫琅禾费近似?
F≪1 通常更接近远场,F≫1 通常表现出近场特征。本工具用 F≤0.1 与 F≥10 作保守启发式提示,中间区间建议两种模型都算;实际适用性还取决于误差要求和光学系统。
FFT 输出平面的采样间隔怎么算?
对常见的单 FFT 缩放菲涅耳/夫琅禾费实现,输出采样间隔为 Δx₂=λz/(NΔx₁)。使用角谱法等其他传播算法时,坐标与采样关系可能不同。
圆孔 Airy 第一暗环半径是多少?
在远场小角度条件下,圆孔直径 D 对应第一暗环半径约为 1.22λz/D。该式用于尺度核对,不替代完整传播计算。
工具能保证 Matlab 仿真不混叠吗?
不能。工具只检查几项常见风险。最终还应比较不同网格数、窗口大小和采样间隔,检查结果收敛、能量变化与理论尺度。