Python光学仿真之对光的干涉理解学习

光的干涉

干涉即两束光在叠加过程中出现的强度周期性变化情况，其最简单的案例即为杨氏双缝干涉。

如图所示，光从 S S S点发出，通过两个狭缝 S 1 , S 2 S_1,S_2 S1​,S2​，最终汇聚在右侧的干涉屏上，在不同位置处将会产生不同的相位差。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
#两束光叠加
waveAdd = lambda I1,I2,theta : I1+I2+2*np.sqrt(I1*I2)*np.cos(theta)
#同一束光经过小孔之后的光程差，dSlit为小孔间距,dWave为波长
#point为衍射屏上某点，theta为衍射屏相对小孔所在直线倾角
def interSlit(dSlit,point=(1,1,1),n=1,dWave=1.06e-6):
    pVar = sum(np.array(point)**2) + 0.25*dSlit**2
    delt = 2*np.pi*n/dWave*(
        np.sqrt(pVar+point[0]*dSlit)-
        np.sqrt(pVar-point[0]*dSlit))
    return delt
#杨氏干涉，只考虑x方向
#dSlit：小孔间距；dScreen：衍射屏距离
#nGrid：网格个数；dGrid：网格间距
def interYang(dSlit=1e-3,dScreen=1,n=1,I1=1,I2=1,
              dWave=1.06e-6,nGrid=500,dGrid=1e-5):
    xAxis = np.arange(-nGrid,nGrid+1)*dGrid
    I = [waveAdd(I1,I2,interSlit(
            dSlit,(x,0,dScreen),n,dWave)) 
            for x in xAxis]
    plt.plot(xAxis,I)
    plt.show()

得到的衍射强度图为

双缝干涉是一个非常实用的模型，可以应用到许多光学装置中，例如Fresnel双面镜，Fresnel双棱镜，Lloyds镜，Billet剖开透镜等等。其中Frenel双面镜如图所示

光源入射到双面镜之后在镜后产生了两个像点 P , Q 二者相当于一对小孔，于是可以在右侧的干涉屏上产生干涉。

其仿真过程与杨氏干涉只差一个小孔的转换，图像亦如出一辙。

#alpha为双镜锐角，dSA为光源到劈点距离，dScreen为S像点连线到干涉屏距离
def lensFresnel(alpha=0.1,dSA=1e-3,dScreen=1,
                n=1,I1=1,I2=1,dWave=1.06e-6,
                nGrid=500,dGrid=1e-4):
    dSlit = 2*dSA*np.sin(alpha)
    interYang(dSlit,dScreen,n,I1,I2,dWave,nGrid,dGrid)

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