WaveOptics Pro 波动光学仿真实验室

WaveOptics Pro · 波动光学与激光干涉衍射仿真实验室

项目简介

WaveOptics Pro 是一款基于波动光学原理（Wave Optics Theory）、惠更斯-菲涅耳原理与傅里叶光学积分的零依赖高保真纯前端光学物理仿真平台。支持杨氏双缝干涉（Young's Double Slit Interference）、夫琅禾费单缝衍射（Fraunhofer Single Slit Diffraction）、圆孔爱里斑衍射（Airy Disk / Circular Aperture）、多缝光栅光谱（Diffraction Grating）与等厚薄膜牛顿环（Newton's Rings）的高保真光场渲染。

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核心功能亮点

1. 高精度波动光学解析微分求解

• 杨氏双缝干涉与单缝衍射调制：

$$I(\theta) = I_0 \cos^2\left(\frac{\pi d \sin\theta}{\lambda}\right) \operatorname{sinc}^2\left(\frac{\pi a \sin\theta}{\lambda}\right)$$

• 爱里斑一阶贝塞尔光场：

$$I(\theta) = I0 \left[ \frac{2 J1(ka \sin\theta)}{ka \sin\theta} \right]^2$$

• 多缝衍射光栅主极大与缺级：多光束干涉因数与单缝衍射因数乘积解算。

2. 连续激光光谱与多图层分析

• 支持 650nm (红光)、532nm (绿光)、450nm (蓝光)、405nm (紫光) 与 380nm~780nm 连续无级波长调节。

• 具备 Turbo/Jet 伪彩色光强云图、等光强轮廓线与光子计数散粒噪声（Photon Shot Noise）模拟。

3. 3D 轴测光强等高面与截面扫描示波器

• 3D Isometric 光强拓扑曲面：立体展示中央主极大与次级衍射环的能量分布。

• 实时一维扫描线示波器：精准提取光屏任意水平截面的 $I(x)$ 空间辐照度曲线。

4. Web Audio 过程式光学声学合成

• 将激光波长精确映射为基频音高，并依据光标所处位置的光场辐照度实时调制增益与滤波谐波。

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系统架构

• 光源与相干场模型：连续光谱 RGB 映射、精细几何参量调节与时变相位调制。

• 波动积分数值求解：杨氏双缝、单缝衍射、爱里斑 Bessel 场与多缝光栅解析解。

• 3D 光强等高与云图：伪彩色热力图、3D 轴测高度网格与光子散粒噪声。

• 示波监控与声学生成：一维截面光强示波器与 Web Audio 过程式声学。

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开源仓库与使用说明

• 代码仓库：https://gitcode.com/wdxb/waveoptics-pro.git

• 使用方法：双击直接在浏览器中打开 index.html 即可开始波动光学仿真实验！