【Matlab】光学衍射场数值模拟程序
一、引言
光学衍射是光波在传播过程中遇到障碍物孔径或狭缝时，偏离直线传播路径，发生波前调制与光场重新分布的核心物理现象，是波动光学的基础研究内容。衍射现象普遍存在于光学成像激光加工显微检测光谱分析与精密光学测量等众多工程领域，衍射场的光强分布相位分布与空间演化规律，直接决定光学系统的成像精度分辨能力与工作性能。精准掌握光学衍射的形成机理与光场分布特征，是光学系统设计光学器件优化与光电技术研发的重要理论基础。
传统光学衍射研究主要依靠理论解析与物理实验两种方式。理论解析方法仅能针对单缝圆孔矩形孔等规则简单孔径实现衍射光场的公式推导，计算过程复杂且适用性极差，无法适配任意形状孔径多孔径阵列复杂遮挡结构的衍射求解，难以满足现代复杂光学系统的分析需求。物理实验通过激光光源光具座与光屏采集衍射图样，虽然结果直观，但实验设备调试精度要求高光路搭建复杂环境杂散光干扰大，难以精准采集相位信息与细微光强变化，同时实验成本高可重复性有限，无法实现参数的全域扫描与规律定量分析。
数值模拟技术有效弥补了传统研究手段的短板，依托计算机数值迭代与离散傅里叶变换算法，可精准求解任意结构孔径的光学衍射场，完整复现菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射的光场演化规律。MATLAB软件具备强大的矩阵运算快速傅里叶变换数值计算与图像可视化能力，编程逻辑简洁算法实现便捷，无需依赖专业光学仿真软件，可自主完成衍射模型构建光场数值计算图样输出与数据分析，适合光学基础教学衍射算法验证与简易光学系统仿真研究。
本文系统阐述光学衍射基础理论衍射分类核心数值算法，基于MATLAB平台开发完整的光学衍射场数值模拟程序，实现单缝衍射圆孔衍射矩形孔径衍射与阵列衍射的仿真分析，对比不同传播距离不同孔径参数下的衍射场分布
