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。     

子波叠加算法实现方孔菲涅耳衍射的仿真

运用数值计算方法对方孔的菲涅耳衍射进行分析和仿真,基于菲涅耳衍射积分和子波的相干叠加法,设计了一种针对方孔菲涅耳衍射的数值算法,并给出了相应的MATLAB程序以及仿真结果．从数值分析结果可以直观而明确地看到,菲涅耳衍射场的光强分布完全由菲涅耳数决定．并对菲涅耳衍射过渡到夫琅禾费衍射时的菲涅耳数的取值进行了讨论．     

菲涅耳衍射的计算机模拟研究

光的衍射现象研究,不仅具有重要的理论意义,而且在光学仪器研制和成像分析等方面均有重要价值。文章研究了菲涅耳衍射的计算机模拟问题,先从标量衍射的菲涅耳-基尔荷夫积分入手,导出菲涅耳衍射(积分)的数学公式,并从物理上解释了其意义。然后再对该公式进行变换,得出所需要的菲涅耳积分C(x)和S(x),尝试用菲涅耳积分的简化公式来进行数值计算,并利用Visual Basic 6.0编程绘制其函数图像。再之,进一步研究单缝菲涅耳衍射的计算,利用上面的研究做基础,采用VisualBasic6.0编程绘制单缝衍射的光强分布图和位图,并将此计算机模拟方法同传统的用科纽曲线研究衍射的方法做了对比,得出本文的方法更为简捷和精准。     

非对称方孔的夫琅和费和菲涅耳衍射

基于标量衍射理论,对均匀平面波通过两个非对称双矩孔的衍射作了解析研究和数值计算,给出了夫琅和费和菲涅耳衍射的横向、轴上和轴外光强分布。研究表明,可用其最大光强的相对误差来区别夫琅和费和菲涅耳衍射,所得结果与两个圆孔情况一致。     

角谱法的等价形式与近似公式

运用坐标变换非常简明地证明了平面波角谱衍射理论与第一类瑞利-索末菲衍射积分的等价性，并由角谱表示直接导出衍射的近似公式-菲涅耳-基尔霍夫衍射、菲涅耳衍射、夫琅和费衍射．     

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。     

菲涅耳衍射及柯林斯公式的快速傅里叶变换计算

在衍射的快速傅里叶变换（FFT）计算中,为减小频谱混叠对计算结果的影响,应尽可能缩小取样间隔对函数进行离散。然而,大数目的取样对于容量有限的FFT程序通常会形成困难。本文通过对频谱混叠能量及菲涅耳衍射积分的研究,提出误差跟踪计算方法。利用这种方法,只要用小容量FFT程序,便能完成任意给定取样间隔或计算精度的菲涅耳衍射及柯林斯公式的计算。     

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.     

菲涅耳衍射的逆运算研究

衍射光场的相位逆运算是有意义并且困难的工作.本文基于菲涅耳衍射计算公式,给出了实现衍射逆运算的方法.并用数字全息理论与技术,结合衍射计算和相位解包裹算法,研究了圆孔衍射在菲涅耳衍射区的光场重构.继而完成了用衍射逆运算来计算衍射孔光场分布的计算机模拟和实验测算工作,结果证明两者是吻合的.     

复宗量菲涅耳积分的计算及其性质

复宗量菲涅耳（Ｆｒｅｓｎｅｌ）积分的计算，是有耗介质劈电磁散射中遇到的一个难题。本文综合运用了复宗量菲涅耳积分的小宗量级数展开和大宗量渐近展开，并且找到了大宗量展开与小宗量展开的衔接部，圆满地解决了菲涅耳积分在整个复平面内的计算机计算问题。本方法计算速度快，精度高。此外，本文还研究了菲涅耳积分在复平面上的对称性、零点等性质，给出了菲涅耳积分在复平面上的三维立体图和二维等值线图。     

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。     

菲涅耳衍射光场分布的数值计算与数字重构

本文研究了光场分布的数值计算与数字重构方法．从光的菲涅耳衍射、波前相位重构入手，对连续信号进行了离散化处理，给出了数值计算公式．对光波通过矩形孔径、圆形孔径传播后的光场分布和干涉全息图的波前重构进行了数值计算．仿真结果表明数值计算更加直观地展现了光的特性，并提供可视化的验证．     

关于标量衍射理论在二元化透镜设计中的应用极限的探讨

本文分别用菲涅耳衍射公式和瑞利－索末菲衍射公式对不同数值孔径的二元化透镜的衍射问题进行了计算机模拟，给出了计算结果，从中得出了菲涅耳衍射公式和瑞利－索末菲衍射公式各自的应用范围。并对大数值孔径二元化透镜设计中的应用严格电磁理论问题作了讨论。     

余弦高斯光束通过硬边光阑的解析传输公式

从Collins公式出发,对余弦高斯光束通过有光阑限制的一阶ABCD光学系统的传输进行了研究,采用将矩形域函数表示为复高斯光束迭加的技巧,推导出了普适的场分布的解析公式。作为应用例,对余弦高斯光束通过有硬边光阑的薄透镜聚焦系统进行了数值计算,计算结果表明,作者的结果与直接由Collins公式衍射积分所得结果一致。数值计算证明,用该方法能节约大量机时,并可推广到其它光束通过硬边光阑光学系统的传输研究。     

一种设计大数值孔径衍射元件的优化方法

本文以菲涅耳衍射透镜的设计为例，在单位周期内的相位台阶数与最小特征尺寸之间关系的基础上，提出了减小元件边缘单位周期内的台阶数，以增大最小特征尺寸的一种新的设计大数值孔径衍射元件的优化设计方法，并对衍射效率进行了讨论。确定了多台阶衍射透镜优化设计的结构参数。最后给出了设计实例，与深浮雕法和相位匹配法比较，本文法设计的元件仅需套刻3次，而衍射效率的理论值达55.4%，是一种有效的优化方法。     

三维平顶高斯光束通过环形光阑的传输特性

利用Collins衍射积分公式对三维平顶高斯光束通过有中心遮拦的矩形环状光阑的传输特性进行了详细研究。对菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的数值计算结果表明,遮拦比e和截断参数δ对其光强分布和远场能量(功率)集中度有影响。     

复变量菲涅尔积分的一种新计算方法

本文利用将复变量的菲涅尔积分转换成实变量的菲涅尔积分，进行数值计算的方法，成功地求得了复变量的菲涅尔积分，这对有耗媒质的绕射问题以及复射线的绕射问题的求解有非常重要的参考价值。