菲涅耳近似对硬边光阑衍射光束的适用性

使用基尔霍夫衍射积分公式和菲涅耳衍射积分公式对高斯光束通过方孔光阑的衍射进行了研究。给出了详细的数值计算结果并作了比较。研究表明,对一给定的束腰宽度w0,当w0远大于波长λ时,菲涅耳衍射的有效范围与截断参数δ有关;若w0与λ可比拟甚至更小时,则必须使用基尔霍夫衍射积分公式。     

波前场曲对激光诱导液晶远场衍射环的影响

为了明确入射激光参量对激光诱导衍射环的影响及其机理,利用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,数值模拟研究了高斯光束波前场曲对于高斯光束通过自散焦液晶介质后远场衍射图样的影响.结果表明,当波前场曲为无穷大时,随着光强的逐渐增大,远场衍射光斑中心明暗交替变化;当波前场曲为正时,随着波前场曲的减小,远场衍射光斑中心强度逐渐变暗并且...     

高斯光束单丝衍射光强分布理论分析和实验

本文用基尔霍夫衍射理论推导出高斯光束单丝衍射的光强分布公式,通过计算机处理得到其数值解和它的远场条件,这些结论与实验结果一致.     

矩孔菲涅尔衍射的光强分布

根据菲涅尔-基尔霍夫衍射积分得出矩孔菲涅尔衍射的光强分布表达式,对该表达式作了数值计算,分析了矩孔尺寸对衍射光强分布的重要影响。当光源的孔面投影位于矩孔中心且矩孔尺寸很小时光强分布具有夫朗和费衍射的特征;随着矩孔尺寸增大,在离几何照明区与阴影区边界距离相等的阴影区域内相邻光强峰值与谷值的比值越小,几何照明区出现的光强峰值越多。当光源的孔面投影不在矩孔中心时光强分布的对称性不复存在。最后计算分析了多矩孔菲涅尔衍射的光强分布。     

衍射的基尔霍夫传递函数及瑞利—索末菲传递函数

由于菲涅耳衍射积分可以简单地表为卷积的形式，可以利用快速傅里叶变换（FFT）计算。通常认为，只有在菲涅耳衍射区，衍射的FFT计算才是可能的。事实上，基尔霍尔夫公式及瑞利-索末菲公式也可以表为卷积形式，可以用FFT对衍射问题作较准确地计算。本文将导出衍射计算的基尔霍夫公式及瑞利-索末菲公式的卷积形式及对应的传递函数，给出用FFT计算基尔霍夫公式及瑞利-索末菲公式的实例，讨论FFT的取样问题，并与实验测量进行比较。     

对衍射理论的一点理解

本文指出ｉ相移是Ｆｒｅｓｎｅｌ衍射原理自洽的要求。通过对基尔霍夫衍射积分公式的分析，证明ｉ是次级子球面波各向不均匀发射的结果，并且是波动方程要求的。     

会聚球面波通过环形光阑的光强分布

基于菲涅耳衍射积分公式,推导出了会聚球面波通过环形光阑后场分布的解析公式,并讨论了一些特殊情况.数值计算例表明,光强分布与菲涅耳数和遮拦比有关.使用轴上光强公式和近似公式对焦移计算结果的比较证明了近似公式的适用范围.     

多矩孔菲涅耳衍射的数值模拟

本文由衍射积分公式出发,利用数值模拟方法对多矩孔的菲涅耳衍射进行分析,基于菲涅耳衍射积分法,提出了一种针对多矩孔菲涅耳衍射的数值算法,同时给出了相应的Matlab程序以及仿真结果。从数值分析结果可以看出,该研究结果对于实验验证和计算较为复杂的多矩孔菲涅耳衍射现象具有重要的理论参考意义。     

计算光学传递函数的一个新方法

中国科学院沈阳计算技术研究所王琦同志在《光学学报》1982年第1期一篇文章中提出了计算光学传递函数的一个新方法。他从基尔霍夫衍射积分出发，导出计算OTF的新公式（即文中13式）。在数值方法上采取一系列措施以提高精度和减少计算量。     

菲涅耳直边衍射的边界波处理

本文运用边界波理论对菲涅耳边衍射问题进行了研究。分别对Ｅ偏振和Ｈ偏振情况下应用的场分布用边界波理论进行了分析和计算,并将它们与严格的电磁理论作了比较。结果表明,边界波处理方法中的基尔霍夫和瑞利－索末菲理论,分别与直边衍射的严格电磁理论解中的电场分布和磁场分布符合较好,前两者在远场时一致,而在近场衍射存在差别。同时也表明,边界波处理方法具有物理图像清晰,计算简洁的特点。     

截断高斯-谢尔模型光束聚焦特性的快速分析

以圆形函数可近似展开为有限数目的复高斯函数叠加为基础,推导出部分相干高斯谢尔模型(GSM)光束通过圆形光阑透镜的轴上聚焦光强分布的解析计算公式,并与衍射积分方法所得的结果进行比较分析。结果表明,复高斯函数叠加的方法能极大地提高计算效率。     

非傍轴高斯光束通过小孔光阑衍射的轴上光强

基于瑞利衍射积分,不使用通常的近似Rλ(λ为波长),推导出非傍轴高斯光束通过小孔光阑衍射的轴上光强的精确解析表达式。并对传统的光强定义和光强的精确表述进行了比较研究。结果表明,两种定义之间的差异与f参数,截断参数δ和传输距离z有关。     

高斯光束经波长级圆孔衍射的轴上光强特性

基于横截面上精确表述的光强和精确的衍射场公式 ,对高斯光束经波长级圆孔衍射的轴上光强特性进行了研究。结果表明 ,高斯衍射光束的轴上光强特性取决于初始高斯半宽度w0 和波长级圆孔的孔径R。对于w0 /R≥ 1的高斯衍射光束 ,轴上光强存在的极值个数和出现的位置仅由比值m=2R/λ决定 ,最大的轴上光强均出现在N =R2 / (λz) =1的地方 ;至于轴上光强极值的峰和谷明显与否 ,取决于w0 /R的比值 ,比值越大 ,轴上光强极值的峰和谷就越明显。当w0 /R的比值足够大时 ,就趋向于平面波入射时的情形。而对于w0 /R<1的这一类高斯衍射光束 ,轴上光强存在特定的演化规律 :随着初始高斯半宽度的减小 ,轴上光强极值个数逐步减少直至全部消失。     

矢量衍射理论的比较研究及标量近似的有效性

光束束腰与波长相比拟时,标量近似已不再成立.以高斯光束的微小圆孔衍射为例,对矢量衍射场的级数解、非傍轴近似解以及精确解进行了详细的数值计算和比较研究.结果表明,对受硬边光阑限制的非傍轴光束,级数展开法适用于处理光束在近场区域的传播,而非傍轴近似解则适用于处理非近场区域光束的传播,具有一定的互补性.讨论了高斯光束圆孔衍射标量近似的有效性,当高斯光束的束腰半径、衍射孔孔径大于几个光波波长时,标量衍射理论是精确、有效的.     

矢量空心光束的半屏衍射

利用矢量瑞利——索墨菲衍射积分公式推出了空心光束半屏衍射场中衍射场的解析表达式,并数值模拟了衍射场的光强空间分布及强度奇点的相关属性。结果表明：衍射场光强已不再是空心分布,发生了很大的改变;随着衍射传输距离的增大,衍射场光强的空间分布退化为类TEM02模场分布;随着传输距离的增大,衍射场观察区域内光强奇点出现湮灭等。     

贝塞尔-高斯光束通过圆孔与圆环光阑的衍射

为了研究贝塞尔-高斯光束通过圆孔硬边光阑和圆环光阑的衍射特性,从Collins公式出发,采用数值模拟的方法模拟出光强分布.模拟结果表明,贝塞尔-高斯光束经圆孔光阑衍射后轴上光强随菲涅耳数F呈周期振荡;贝塞尔-高斯光束经圆环光阑后轴上光强随F呈振动衰减.在F相同时,贝塞尔-高斯光束经圆孔光阑衍射后横向光强分布比经圆环光阑衍射后横向光强分布平滑,孔径越小,光强调制越明显;当孔径与束腰相等时候,横向光强分布与菲涅耳数没有关系.     

弱导光纤的标量衍射光束特性分析

仿照罗兰圆光学系统构造罗兰球光学系统 ,在罗兰球中简化电磁波的瑞利 索末菲标量衍射积分公式 ,推导出折射率阶跃分布的弱导光纤LP模衍射场分布和空间频谱的计算公式。提出LP0 1模远场衍射分布存在类似于平面波圆孔夫琅禾费衍射艾里斑的中央亮斑概念 ,并给出中央亮斑角半宽度的计算公式。     

Comments on "New plane wave spectrum formulations for the near-fields of circular and strip apertures"

The above paper (see ibid., vol.24, p.438-449, July (1976)) applies a plane wave spectrum (PWS) formulation to diffraction problems involving circular and strip apertures and gives new results in terms of Fresnel integrals for the electric field near the aperture. In this note, a discussion of those new results is presented; conclusions are: As a technique for solving electromagnetic aperture diffraction problems, the particular PWS described gives inadequate results, especially for near-fields, and by using the standard Keller's formula, a geometrical theory of diffraction (GTD) solution for the diffracted field from a circular aperture is obtained, but the solution does not in general agree with the one given     

光阑约束超几何激光束的传输特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和圆孔光阑函数展开为有限复高斯函数之和的方法,导出了超几何激光束通过有圆孔光阑约束的近轴ABCD光学系统传输的近似解析表达式,并对其传输特征进行了数值计算和分析。研究结果表明,超几何激光束光强的分布及其衍射效应与光阑的孔径大小、传输的距离以及光束参数等因素密切相关。此外,文中采用的近似解析方法与直接利用衍射积分计算相比,具有更高的计算效率,可以大大节省计算机时。