Educational Software for Interference and Optical Diffraction Analysis in Fresnel and Fraunhofer Regions Based on MATLAB GUIs and the FDTD Method

Abstract

Interference and diffraction of light are elementary topics in optics. The aim of the work presented here is to develop an accurate and cheap optical system simulation software that provides a virtual laboratory for studying the effects of propagation in both time and space for the near and far field regions. In laboratory sessions this software can let optical engineering undergraduates simulate many optical systems based on thin slits. The numerical method used is the Finite-Difference TimeDomain method that has been succesfully applied in many engineering fields. Using this numerical method, the irradiance distribution can be succesfully evaluated in different planes far from the simulation grid without degrading performance. In addition, an easy-to-use MATLAB GUI handles all the parameters of the FDTD simulation and computes theoretical values of irradiance for both the

Implementation of numerical methods for the electromagnetic analysis of periodic media: Application in optical wavelengths and computational optimization

“…En primer lugar se resumen los resultados mostrados en los trabajos [16,29], los cuales son un ejemplo de la validación del método numérico implementado mediante el análisis de sistemas difractivos bien conocidos. En concreto se muestran los resultados del análisis de un problema canónico como puede ser el problema de la doble rendija de Young.…”

“…En la publicación [29] se recoge un mayor número de situaciones y comparativas, donde se enfatiza la posibilidad de visualizar en función del tiempo la distribución del campo eléctrico y por tanto del patrón de interferencia tanto en campo próximo, cercano y lejano. Mediante la aplicación interactiva desarrollada en [29], el usuario (que en este caso serían estudiantes de primer año de titulaciones de carácter físico e ingenieril) a la vez que observa cómo el campo electromagnético interactúa con las aperturas (fenómeno difícil de apreciar en un laboratorio), es también capaz de comparar y estudiar el rango de aplicabilidad de expresiones teóricas analíticas dadas para el análisis de la difracción en la región de Fresnel y Fraunhofer.…”

“…Mediante la aplicación interactiva desarrollada en [29], el usuario (que en este caso serían estudiantes de primer año de titulaciones de carácter físico e ingenieril) a la vez que observa cómo el campo electromagnético interactúa con las aperturas (fenómeno difícil de apreciar en un laboratorio), es también capaz de comparar y estudiar el rango de aplicabilidad de expresiones teóricas analíticas dadas para el análisis de la difracción en la región de Fresnel y Fraunhofer. Es interesante de cara a la docencia, que el estudiante desarrolle la capacidad de discernir el rango de validez y aplicabilidad de las expresiones teóricas proporcionadas en teoría.…”

“…Es interesante de cara a la docencia, que el estudiante desarrolle la capacidad de discernir el rango de validez y aplicabilidad de las expresiones teóricas proporcionadas en teoría. En los trabajos [16,29] se resumen dichas experiencias y se presentan un elevado número de resultados y situaciones similares a las mostradas en la Fig. 7.…”

MATLAB GUI (graphical user interface) for the design of GRIN components for optical systems as an educational tool

“…In this way, the use of applications for simulating practical situations can be an effective manner of supplement the academic training of the students in those cases where the implementation of the experiment is not possible and also to complement the theoretical lessons. In this regard, several resources have been developed for the teaching of optics and other science and engineering disciplines [1][2][3][4] .…”