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大学物理实验, 2026, 39(3): 106-113     https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2026.03.017
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透镜实现傅里叶变换的仿真研究
陆万利
中国矿业大学 材料与物理学院,江苏 徐州 221116
Simulation of the Fourier transform properties of lenses
LU Wanli
School of Materials Science and Physics,China University of Mining and Technology,Xuzhou 221116,China
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摘要  透镜的傅里叶变换性质在光学实验中具有广泛应用,但对于初学者,理解此性质往往比较困难,特别是透镜孔径大小对物体频谱分布的影响( 如渐晕现象) ,目前也缺乏直观的仿真实验。为此,基于菲涅耳衍射,计算经透镜作用后的光场分布,通过数值模拟展示透镜的傅里叶变换性质,并研究透镜孔径大小对傅里叶变换性质的影响。具体内容包括: 平面波照明下,透镜像方焦平面上频谱分布的特点,物体相对透镜的位置变化对频谱分布的影响,以及透镜的孔径大小对物体频谱分布的影响。通过数值模拟研究,可以让学生对透镜的傅里叶变换性质有一个更为形象而具体的物理图像,尤其是透镜孔径对傅里叶变换性质的影响,通过可视化处理,降低理解难度。
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陆万利
关键词:     傅里叶变换性质  透镜  菲涅耳衍射  渐晕现象    
Abstract:  The Fourier transform property of a lens has been widely applied in optical experiments.However,for
beginners,this property is often difficult to understand,especially the influence of the lens aperture size on the
spectral distribution of an object ( such as the vignetting effect) . At present,intuitive simulation-based
demonstrations of this effect are still lacking. To address this issue,this paper calculates the optical field
distribution after a lens based on Fresnel diffraction and employs numerical simulations to illustrate the Fourier
transform property of a lens,with particular emphasis on the effect of the lens aperture size on this property.
Specifically,we investigate the characteristics of the spectral distribution at the back focal plane under plane-
wave illumination,the influence of the object's position relative to the lens on the spectral distribution,and the
effect of the lens aperture size on the object's spectral distribution.Through numerical simulation studies,
students can develop a more concrete and intuitive physical understanding of the Fourier transform properties of
lenses.
Key words:  Fourier transform properties    lenses    fresnel diffraction    vignetting effect
                    发布日期:  2026-06-25     
ZTFLH:     
  O 438.2  
基金资助: 中国矿业大学”教学研究与改革专项”一般课题( 2024JY062)
引用本文:    
陆万利. 透镜实现傅里叶变换的仿真研究[J]. 大学物理实验, 2026, 39(3): 106-113.
LU Wanli. Simulation of the Fourier transform properties of lenses. Physical Experiment of College, 2026, 39(3): 106-113.
链接本文:  
https://dawushiyan.jlict.edu.cn/CN/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2026.03.017  或          https://dawushiyan.jlict.edu.cn/CN/Y2026/V39/I3/106
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