python：菲索透镜光学实验

菲索实验（Fresnel Lens Experiment）通常指的是使用菲索透镜（Fresnel lens）进行光学实验，用以展示光线是如何被菲索透镜聚焦和分散的。菲索透镜是一种特殊的透镜，它通过一系列的同心圆环结构来聚焦或分散光线。这种结构使得菲索透镜在望远镜、显微镜和投影仪等领域有广泛应用。

在Python中，我们可以通过图形界面（例如使用matplotlib或Tkinter）来模拟或展示菲索透镜的效果。下面我将提供一个简单的示例，使用matplotlib来绘制一个模拟的菲索透镜效果。

示例：使用matplotlib绘制菲索透镜的光线聚焦效果

首先，确保你已经安装了 matplotlib库。
pip install matplotlib 
然后，你可以使用以下代码来模拟菲索透镜的聚焦效果：编写 test_fresnel.py 如下

# -*- coding: utf-8 -*-
""" 模拟菲索透镜的聚焦效果 """
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt# 用于正常显示中文标题，负号
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = Falsedef fresnel_lens_focus(focal_length, num_rays, max_angle):""" 生成光线角度 """angles = np.linspace(-max_angle, max_angle, num_rays)x = focal_length * np.tan(np.radians(angles))y = focal_length / np.cos(np.radians(angles))# 绘制光线plt.figure(figsize=(8, 6))plt.plot(x, y, 'b-', label='光线聚焦')plt.axhline(0, color='k', linewidth=0.5)plt.axvline(0, color='k', linewidth=0.5)plt.xlabel('X 轴')plt.ylabel('Y 轴')plt.title('菲索透镜聚焦效果')plt.legend()plt.grid(True)plt.show()# 调用函数，展示效果
fresnel_lens_focus(focal_length=10, num_rays=100, max_angle=30)

运行 python test_fresnel.py

解释：

1. fresnel_lens_focus函数：这个函数模拟了光线通过菲索透镜的聚焦效果。它接受焦距focal_length、光线数量 num_rays和最大角度 max_angle作为参数。

2. 光线生成：通过正切函数和余弦函数计算光线的X和Y坐标，模拟光线经过菲索透镜后的聚焦效果。

3. 绘图：使用 matplotlib 绘制这些光线，并显示它们是如何聚焦的。

这个简单的示例展示了如何用Python 和 matplotlib 来模拟菲索透镜的聚焦效果。你可以调整焦距、光线数量和最大角度来观察不同的聚焦效果。对于更复杂的光学模拟，可能需要使用专门的物理模拟软件或库，如scipy中的光学工具包。但对于基本的视觉展示，上述方法已经足够。