边界衍射波位相跃变的理论分析

从经典的电磁波散射理论出发，分析了平面波通过光阑边界衍射时产生的位相跃交问题，结果证实了边界波的位相要发生π跃交。     

分数傅里叶变换与菲涅耳衍射的等效性

用波前相因子判断法,分析了分数傅里叶变换频变分布与球面波照明物体的自由空间菲涅耳衍射光场分布的等效性,给出了分数傅里叶变换与菲涅耳衍射相互转化的约束条件。结果表明：分数傅里叶变换是适应于菲涅耳衍射的数学工具。计算机模拟实验证明了结论的可靠与可行。     

矩孔衍射的焦移及ABCD矩阵表示

本文研究了一会聚、单色球面波经矩孔衍射后的焦移现象;给出了二个计算焦移的解析公式,它们可分别用于大菲涅耳数和小菲涅耳数的情况;最后给出了描写矩形硬边光阑焦移特性的ABCD矩阵。     

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.     

有振幅调制和位相畸变光束通过光阑的变化

用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分和统计光学方法对有振幅调制和位相畸变光束分别通过硬边和软边光阑的传输特性作了详细研究。数值计算结果表明近场和远场光强分布与截断参数、系统菲涅耳数、光束的振幅调制和位相畸变参数均有关。     

高斯光束经圆孔光阑衍射后在近场区的轴向光场分布

本文从衍射积分方程出发,得到了高斯光束经圆孔光阑衍射后在近场区,也就是在光阑平面和菲涅耳区之间的轴向光场分布。此外,还得到了其菲涅耳衍射特性的一些新结果。作为比较,文中也对平面波和球面波的入射进行了分析。     

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。     

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.     

入射光波波长对菲涅耳透镜衍射效率的影响

使用离子束刻蚀法成功制作高衍射效率 16阶菲涅耳透镜。菲涅耳透镜的衍射效率是评价菲涅耳透镜质量的一个重要指标。对于宽带光学系统 ,除设计、制作误差外 ,入射光波波长对菲涅耳透镜的衍射效率也有影响。针对宽带折衍混合光学系统 ,分析不同入射光波波长对菲涅耳透镜衍射效率的影响。使用四种不同光源 ,对菲涅耳透镜的衍射效率进行测试。指出在短波方向 ,衍射效率下降较多 ;在长波方向 ,衍射效率下降较少     

色散对液晶菲涅耳透镜衍射效率的影响研究

首先研究了液晶菲涅耳透镜和传统菲涅耳透镜的区别,并给出液晶菲涅耳透镜衍射效率的计算公式。接着,研究了液晶材料的色散和入射波长偏离量化波长对衍射效率的影响。经过计算分析并通过相应的实验发现,当量化波长为470nm时,在400nm和700nm处衍射效率分别下降了9.0%和27.5%,说明波长偏离对液晶菲涅耳透镜的衍射效率影响较大;当量化波长为510nm时,波长偏离在400nm和700nm处产生的衍射效率下降大致相当,约为20.0%;当在400nm和700nm处液晶的折射率变化量Δn基本相等时,液晶色散造成的衍射效率降低都约为8.0%。结果表明,和波长偏离相比,液晶色散对衍射效率的影响相对较小,且液晶菲涅耳透镜的量化波长应在470～510nm区间选取。实验测量了色散对液晶菲聂耳透镜衍射效率的影响,测量结果和理论计算结果非常接近,说明分析结论有效。     

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.     

数字全息显微中的准直光再现

为了准确重建微小物体三维物场,采用理论分析与计算机模拟相结合的方法,研究了如何用准直光重建大数值孔径数字全息图,分析了用球面参考光波再现失效的原因,得到了位相重建的表达式;分析了由于记录距离和参考点源偏置的测量误差而导致位相重建像的畸变,作了计算机模拟验证。结果表明,对于强度重建,只要能够记录高质量的全息图,就可以得到准确的再现结果;而对于三维物场重建,只有准确测量记录距离和参考点源的偏置,才能得到准确的再现结果;由于距离的测量误差,导致再现光波场的位相分布出现了二次函数调制畸变,因此,实验过程中精确测量这两个参量是至关重要的。     

圆孔衍射成像的光子学诠释

用量子力学中关于光的粒子性观点,采用概率波对圆孔衍射成像过程进行了讨论。所得到的结论与采用光的波动性观点的惠更斯一菲涅耳原理及Fourier变换方法相同。通过分析,使我们进一步加深了对光的粒子性层面的认识。     

边界衍射波的意义

本文通过对边界衍射波理论的分析，结合实验，对边界衍射波的π跃变及其真实性等问题进行了讨论。     

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。     

基于菲涅尔衍射的圆孔直径测量

本文提出一种新的圆孔直径测量的方法。平行光照射下,圆孔直径和菲涅尔衍射光强分布中峰值轮廓直径存在一定的关系,根据该关系可以实现圆孔直径的测量。仿真和实验数据证明,该方法对于直径5~10 mm的圆孔可以达到亚微米级的测量精度。     

Diffraction of a Wave Beam by an Aperture

The diffraction field of a wave beam from a circular and a rectangular aperture is obtained in the Fresnel region by using the Huygens-Kirchhoff approximation. The diffraction field in the Fraunhofer region can be obtained simply by replacing a parameter. The diffraction field is then expanded into a series of beam mode functions. From the field distributions and the expansion coefficients, which represent the coupling of the incident beam to the various modes in the diffraction field, the effects of an aperture on the incident beam can be known. With this mode expansion method, the conditions for optimum coupling between fundamental modes are obtained and solved numerically.     

Diffraction by apodized apertures

This paper investigates the diffraction of light by apodized apertures. The diffraction equation is solved numerically starting with an apertured plane wave or Gaussian beam. A function chosen to characterize spatial intensity modulation is then plotted versus Fresnel number for differing amounts of apodization so that the benefit gained thereby may be quantitatively assessed. In addition, the energy loss incurred due to insertion of an apodized aperture in front of an existing hard aperture is determined.