平面波经小圆孔非傍轴衍射的轴上光强解析分析

用亥姆霍兹 基尔霍夫积分定理和基尔霍夫边界条件,推导出了平面波经小圆孔非傍轴衍射时轴上强度的简单解析表达式,研究了平面波经小圆孔后整个衍射空间非傍轴的轴上光强分布.给出了计算圆孔菲涅尔数的精确公式,重新检查了通常的菲涅尔数公式的有效性.数值计算显示,应用解析表达式所得的结果与应用衍射积分公式所得的结果完全一致.     

菲涅尔圆孔衍射理论的探讨

导出非傍轴区轴上点菲涅尔圆孔衍射的精确解析式，并用计算机模拟出不同参数下的各种衍射光强曲线。通过理论分析，揭示出菲涅尔圆孔衍射更深刻的物理内涵。     

非傍轴光束的光强表示

以平面波微小圆孔的非傍轴衍射为例,给出了垂直于光束传输方向的横截面上不同定义的三种光强(传统光强I、精确光强Jz、时间平均能流密度〈Sz〉)的计算公式,并进行了详细的数值计算和比较研究;指出对微小孔衍射,必须考虑光场的矢量特性。     

平面波经小圆环衍射轴上光强特性分析

从标量衍射理论出发,采用瑞利-索末菲衍射边界条件,通过求解第一类瑞利-索末菲衍射积分得到平面波经圆环衍射后轴上的波函数,进而分析轴上的光强特性以及光强极值数量、位置和大小与衍射圆环内外孔径的关系.比较用传统的光强定义和精确定义得到的光强公式的偏差,以及偏差与内外半径的关系.并将圆环衍射向内半径为零和外半径为无穷大两个方向进行推广,即对圆孔和圆形障碍物两种情况下的衍射情况进行讨论.     

半径随机的圆孔波纹锯齿光阑的衍射特性

研究了半径随角度的变化而随机变化的圆孔波纹锯齿光阑的衍射特性,提出并证明半径随机的圆孔纹波锯齿光阑能改善光束的近场分布和抑制光束中央部分的衍射调制。给出了衍射光轴上和横截面内光强分布的模拟计算结果,通过计算结果可以看出:通过半径随机圆孔波纹锯齿光阑后,衍射光横截面内填充因子比经过调幅型波纹锯齿光阑后的填充因子高,调制强度比经过调幅型波纹锯齿光阑低,并且半径随机锯齿光阑能在较大的空间范围内抑制轴上光强的衍射调制, 其可抑制的最远空间距离可达0.15 m。     

高斯光束菲涅耳圆孔衍射轴上的光强分布

本文从惠更斯－菲涅耳原理的数学表达式出发，在菲涅耳圆孔衍射的情况下求出了高斯光束入射时轴上光强分布的解析表达式，并对比平面波和球面波入射的情况进行了分折讨论．     

截断非傍轴标量高斯光束的传输特性

基于精确光强定义下非傍轴标量光束的二阶矩理论,计算了不同束腰及光阑孔径条件下截断非傍轴标量高斯光束的束腰半径、远场发散角以及质量因子等光束传输特性,并将截断非傍轴标量高斯光束与自由高斯光束和平面波圆孔衍射光束进行了比较.数值计算表明截断参量的不同对截断高斯光束的传输特性影响很大.当R2ω0时,截断高斯光束与高斯光束在自由空间传输特性趋于一致,因此在精确光强定义下,对于非傍轴标量光束来说,当光阑孔径大于2倍束腰时,可以不考虑光阑对高斯光束的衍射作用.当R0.3ω0时,截断高斯光束传输特性趋于平面波通过圆孔的衍射曲线.因此,在这种情况下,可以将高斯光束作为平面波处理.只有当光阑孔径介于0.3倍束腰和2倍束腰之间时,需要同时考虑光阑孔径和高斯束腰对衍射的影响.     

双曲余弦-高斯光束经微小孔衍射的轴上光强特性

基于横截面上精确表述的光强和瑞利-索末菲衍射积分公式,通过数值计算分析双曲余弦-高斯光束经微小孔衍射的轴上光强特性,详细讨论了偏心参数、微小孔的孔径a和束腰宽度与波长之比w0/对双曲余弦-高斯光束轴上光强的影响。结果表明:双曲余弦-高斯光束的轴上光强分布依赖于偏心参数、孔径a、w0/参数和传输距离。     

数值法研究光的圆孔衍射实验现象

在平行平面波近似的情况下,数值法求解菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,得到平行平面光波通过圆孔衍射后的光强分布图.通过对纵向及横向光强分布图的数值分析,验证了轴上点光强由菲涅耳数决定,菲涅耳数大于1时为菲涅耳衍射区,菲涅耳数小于1时为夫琅禾费衍射区.在近场,光强分布为明暗相间的环形条纹;在远场,光束演化成束腰位置在圆孔处的高斯光束,仿真结果与理论和实验结果基本一致.本仿真结果将光衍射的抽象理论直观化、可视化.     

菲涅耳半波带法的基尔霍夫──菲涅耳积分理论

本文用基尔霍夫—菲涅耳积分计算圆孔轴上衍射光强,最后得出和半波带法相同的结果. 由基尔霍夫—菲涅耳理论,入射光垂直通过孔径s的衍射场分布为其中A是振幅函数,可近似认为是常数,已提出积分号外.k=2π/λ, 设衍射圆孔半径为a,选取如图一所示的坐标系,轴上观察点P与圆孔平面(xoy平面)相距z。由图可见积分面积元为 ds=ρdρdθ =γdγdθ圆孔轴线上p点的光场为 光强I正比于EE,E是光场E的共轭值.由于一般只考虑相对强度,所以可直接写成等式.P点的光强为 I—4 AZ sinZIM k(Ya‘十z‘一z) l =I。sinZIMk(Ya“十z“一z) l其中 I。一4 A…     

平面波经微小圆孔衍射的传输特性

采用横截面上光强的精确表述,分析了单色平面波微小圆孔衍射后,其衍射光束的传输特性.发现二阶矩定义下的衍射光束束宽满足一般的双曲线传输规律.数值计算表明,在微小圆孔半径小于0.17个波长时,衍射光束的光束传输因子小于1.     

Focal switching of partially coherent modified Bessel–Gaussian beams passing through an astigmatic lens with circular aperture

The axial intensity distribution of partially coherent modified Bessel–Gaussian (PCMBG) beams passing through an astigmatic lens with circular aperture is derived on the basis of Collins formula. The influences of truncation parameter δ and astigmatic coefficient α on the axial intensity distribution are presented. The research shows that the axial intensity changes with the variation of α, and twice focal switches have been found. Furthermore, the physical interpretation of the twice focal switches is given and is also illustrated by numerical calculations. It has been revealed that the existence of astigmatism and the effect of the truncation parameter are the two main reasons for the twice focal switches of PCMBG beams passing through an astigmatic lens with circular aperture.     

平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统的传输特性

为分析平顶高斯光束通过光学系统传输时圆孔光阑失调和光学元件失调对平顶高斯光束传输特性的影响,利用失调圆孔光阑的近似展开式和适用于失调光学系统的广义衍射公式,得出了平顶高斯光束经含失调圆孔光阑的失调光学系统传输的近似解析式,给出了输出光束场分布与光束参量、光阑孔径尺寸、光阑和光学元件失调量等的定量关系.针对特定光学系统定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明各元件失调都对输出光束强度分布产生较大影响.但在各失调量较小的情况下,透镜失调对输出光束传输特性的影响比光阑失调对输出光束传输特性的影响更明显.     

Axial intensity distribution behind a Fresnel zone plate

An analytical expression based on an improved Rayleigh–Sommerfeld diffraction formula with evanescent term is derived for analyzing the axial light intensity distribution throughout the whole space behind a Fresnel zone plate. The effects of the number of Fresnel zones and the size of aperture on the axial intensity distribution are calculated for two kinds of Fresnel zone plate with larger and smaller aperture. The validity of the general formulae for calculating the focal lengths and the relative intensities of the foci of a Fresnel zone plate is analyzed.     

洛伦兹光束经光阑失调傍轴光学系统的传输

基于广义衍射积分公式和光阑函数的复高斯展开,导出了一洛伦兹光束经一个带圆形光阑失调傍轴光学系统的近似解析传输公式.作为一般公式的特例,还给出了洛伦兹光束经一无光阑失调傍轴光学系统的解析传输式.作为数值计算的例子,运用所得到的公式分析了洛伦兹光束经带光阑失调薄透镜的传输特性.结果表明：不同强度的衍射即圆形光阑半径的大小明显影响衍射光束的归一化强度分布及其传输变化规律. 关键词： 洛伦兹光束 失调傍轴光学系统 光束传输     

边界衍射波理论公式的准确性数值分析

利用数值分析的方法分析了由边界波理论公式所得的圆形光阑衍射场的光强分布.通过对边界波理论公式所得的光强分布曲线,对几何照明区与阴影区的光强分布曲线与面衍射积分公式所得的光强分布曲线进行比较,分析了边界波理论公式对衍射场描述的准确性.     

高斯分布圆口径天线辐射近场分析

采用口径场法对具有高斯幅度分布的圆口径天线辐射近场进行了分析。推导了非聚焦和聚焦2种工作方式下圆口径天线轴向近场和增益的解析表达式;采用数值积分方法分析了圆口径天线非轴向近场分布特性。分析表明,对于高斯幅度分布的圆口径天线,天线轴向场在近区为振荡分布,其近场增益与口径面分布和观测点位置有关,通过聚焦可以使近场焦点处增益达到远场增益,大大提高焦点及焦点附近区域的电场幅度。