分享Bluestein衍射仿，MATLAB实现

laughvn

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41377-020-00362-z
代码链接：https://github.com/yanleihu/Bluestein-Method
主要优势：快
摘要：一种快速灵活的计算方法，利用 Bluestein 方法计算相应光学状态下的标量和矢量衍射。计算时间可大幅缩短到亚秒级，比直接积分法（~小时级）快 105 倍，比快速傅里叶变换法（~分钟级）快 102 倍。这种高效率有助于对各种光学系统中的光传播进行超快评估。此外，感兴趣的区域和采样数可以任意选择，这使得所提出的方法具有更高的灵活性。基于这些结果，复杂光学系统的全路径计算很容易通过实验结果进行演示和验证，为成像、激光加工和光学操纵等现实光学实施的实时光场分析奠定了基础。
作者demo：（注释施工完毕）
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%%%%%%Scalar calculation of the converging spherical wave
%%%%%%unit: um


clear all;
clc;
tic;


global lamda k
lamda=800e-3;  %波长
k=2*pi/lamda;%波数


my0=1081;         % 输入平面分辨率
mx0=1081;
pixel0=8; % 输入平面像素尺寸
L0=(mx0-1)*pixel0;% 输入平面宽度
[xx,yy]=meshgrid(-(my0-1)/2my0-1)/2,-(my0-1)/2my0-1)/2); %输入平面坐标系
x0=xx.*pixel0;
y0=yy.*pixel0;
Aperture=sign(1-sign(xx.^2+yy.^2-((my0-1)./2).^2));  %设置透镜圆形孔径
A0=Aperture;
% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
f=600e3;%设置透镜焦距
g=A0.*exp(-1i.*k./2./f.*(x0.^2+y0.^2)); %输入光波
figure
imshow(angle(g),[]);  %显示输入光波的包裹相位（波前）
L=0.2e3;  %输出平面宽度
ly=201;   %输出平面分辨率
zstart=571e3;  %初始输出平面位置
zfinish=629e3;%结束输出平面位置
num=round((zfinish-zstart)/lamda+1);
num=round(num/ly);


zstart=600e3-(ly-1).*num.*lamda./2;
zfinish=600e3+(ly-1).*num.*lamda./2;


x1start=0;
x1end=0;
y1start=-L./2;
y1end=L./2;
mx1=1;
my1=1081;
x1=linspace(x1start,x1end,mx1);               
y1=linspace(y1start,y1end,my1);               
[x1,y1]=meshgrid(x1,y1);    %输出平面坐标系               
% h=waitbar(0,'Crosection Caculating ...');
index=1;
for d=linspace(zstart,zfinish,ly)
    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
    %标量衍射仿真
    [g1,pixel1]=Scalar_Bluestein(g,mx0,my0,pixel0,d,x1start,x1end,y1start,y1end,mx1,my1);
    %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
    I=abs(g1).^2;%输出光场的强度
    P=angle(g1);%输出光场的包裹相位（波前）
    I_z(:,index)=I(:,round((mx1+1)/2));%输出光场的强度截面
    P_z(:,index)=P(:,round((mx1+1)/2));%输出光场的包裹相位（波前）截面
    index=index+1;
%     waitbar((index-1)./ly);
end


% close(h);
I_z=I_z./max(I_z(); %汇聚球面波的横向传输强度
[z1,y1]=meshgrid(zstart(zfinish-zstart)./(ly-1)):zfinish,linspace(y1start,y1end,my1));
toc
figure
surf(z1./1e6,y1./1e3,I_z), colormap hot,axis tight, colorbar('Ticks',[0,0.25,0.5,0.75,1]), shading interp;
set(gca,'YTick',[-0.1:0.1:0.1],'FontSize',24)  


figure
surf(z1./1e6,y1./1e3,P_z), colormap hot,axis tight, colorbar('Ticks',[-3,0,3]), shading interp;
set(gca,'YTick',[-0.1:0.1:0.1],'FontSize',24)   
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