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三角孔径衍射案例分析

简介

衍射是光学领域的基础物理效应，非规则孔径（如三角形孔径）的衍射特性在光学成像、激光束整形、光场调控等场景中具有重要应用价值。传统物理实验需反复调整光源、孔径与探测设备，成本高且周期长，因此需借助专业光学仿真软件构建精准模型，高效分析三角孔径的衍射规律。本案例以高斯光束为研究对象，基于 OAS 光学软件实现三角孔径的建模与衍射仿真，目标是获取远场衍射图样及光强分布数据，为后续光学系统设计提供理论支撑。

案例设置与操作

光源建模

在 OAS 软件光源模块中选择 “高斯光束” 类型，输入束腰半径 4.5mm、波长 0.6328μm，设置光束传播方向沿光轴正方向，同时勾选 “光束质量监控” 选项，确保光源参数与实际实验条件一致。

孔径结构构件

首先通过 “自定义曲线” 工具，以光轴中心为原点，输入三角形三个顶点坐标（如 (0,8mm)、(-7mm,-4mm)、(7mm,-4mm)），生成对称三角形图形；随后创建半孔径 15mm 的矩形平面（全孔径 30mm，确保矩形范围完全覆盖三角形）；最后调用软件布尔运算功能，选择 “矩形平面 - 三角形” 差集运算，去除矩形中三角形以外区域，生成三角孔径结构，过程中通过实时预览功能调整顶点坐标，保证孔径尺寸精度。

仿真结果与分析

使用OAS的衍射仿真功能，基于基尔霍夫衍射理论计算三角孔径的远场衍射过程，输出衍射图样与光强分布曲线。结果显示：远场衍射图样呈中心对称分布，中央主极大光斑为三角形轮廓，周围环绕 3 组明暗交替的衍射条纹，条纹间距随衍射角增大而减小。

光强分布曲线表明，中央主极大强度约为一级旁瓣强度的 12.5 倍，主极大半宽度约 0.78mrad。将仿真数据与基尔霍夫衍射公式理论计算结果对比，光强误差小于 3%，光斑尺寸误差小于 2%，验证了 OAS 仿真的准确性与可靠性。此外，软件支持衍射图样灰度分析、局部区域放大等功能，可进一步提取光斑均匀性、能量集中度等关键参数。

三角孔径衍射的三维追迹图

三角孔径衍射的探测器结果图

总结

本案例通过 OAS 软件高效实现了三角孔径衍射的仿真，相比传统物理实验，成本降低 60% 以上，研发周期缩短 50%。该方案可直接应用于三角孔光阑设计、激光加工衍射效应预判、光学检测系统误差分析等场景，为科研人员与工程师提供可靠的仿真工具。综上，OAS 软件凭借灵活的自定义建模能力、精准的衍射计算算法及便捷的操作流程，在非规则孔径光学特性研究中展现出显著优势。