#头条创作挑战赛#

一些准备工作

 pip install numpy       #数值计算包
 pip install matplotlib  #绘图包
pip install scipy           #进行一些数学变换

使用Python进行光学仿真，主要用了python的一些计算包，当然如果你想深入的了解其中原理，则需要去看一些关于光学方面的知识，光的传播过程，其实就是规定好边界条件的电场和磁场波动方程的解！实际上我们就是用已经求解好的函数去演示光的传播以及衍射和干涉

一个实际的例子，展示光栅的衍射图像

亲测有效，可以直接粘贴执行！

import numpy as np
from scipy import signal, fftpack
import matplotlib.pyplot as plt

def gaussian_beam(x, y, w0, z, wavelength):
    k = 2*np.pi/wavelength
    zr = np.pi*w0**2/wavelength
    wz = w0*np.sqrt(1+(z/zr)**2)
    Rz = z*(1+(zr/z)**2)
    phi = np.arctan2(z, zr)
    return np.exp(-(x**2 + y**2)/wz**2) * np.exp(-1j*k*(x**2 + y**2)/(2*Rz)) * np.exp(1j*(k*z - phi))

def diffraction_grating(N, d, theta, wavelength):
    k = 2*np.pi/wavelength
    x = np.arange(-N/2, N/2, 1)
    y = np.arange(-N/2, N/2, 1)
    X, Y = np.meshgrid(x, y)
    dX = np.sin(theta)*d/X.size
    dY = np.sin(theta)*d/Y.size
    phase = np.exp(1j*k*(dX*X + dY*Y))
    return phase

def propagate_and_interfere(field, grating):
    fft_field = fftpack.fftshift(fftpack.fft2(fftpack.ifftshift(field)))
    fft_grating = fftpack.fftshift(fftpack.fft2(fftpack.ifftshift(grating)))
    propagated_field = fftpack.fftshift(fftpack.ifft2(fftpack.ifftshift(fft_field*fft_grating)))
    intensity = np.abs(propagated_field)**2
    return intensity

wavelength = 0.5e-6  # 波长
N = 512  # 光栅尺寸
d = 10e-6  # 光栅间距
theta = 10*np.pi/180  # 入射角度
w0 = 2e-3  # 高斯光束半径
z = 100  # 传播距离

x = np.linspace(-N/2, N/2, N)*d/N
y = np.linspace(-N/2, N/2, N)*d/N
X, Y = np.meshgrid(x, y)

gaussian = gaussian_beam(X, Y, w0, z, wavelength)
grating = diffraction_grating(N, d, theta, wavelength)

intensity = propagate_and_interfere(gaussian, grating)

plt.imshow(intensity, cmap='gray', extent=[x.min(), x.max(), y.min(), y.max()])
plt.xlabel('x')
plt.ylabel('y')
plt.show()