菲涅耳-基尔霍夫积分与半波带法分析衍射光谱

惠更斯菲 涅耳原理指出光的衍射本质是无穷多次波的相干叠加.在研究衍射光谱的强度时可使用菲涅耳-基尔霍夫衍射积分进行计算,但该积分的计算较为复杂.为了简化计算而引入菲涅耳半波带的概念,把积分运算简化为振幅矢量的叠加,从而在研究衍射时由菲涅耳-基尔霍夫衍射积分过渡到菲涅耳半波带法.在菲涅耳半波带法中波前上相邻两个半波带到达叠加点的光程差为半个波长,从而导致相位差π.因此相邻两个半波带引起的振动在叠加点发生相消,最终叠加点的光强由发出次波的半波带数目的奇偶性决定.奇数个半波带在叠加点的光强得到加强,偶数个半波带在叠加点的光强发生相消.     

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.     

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．     

环形光栅的菲涅耳衍射

在圆孔的菲涅耳衍射的基础上 ,讨论环形光栅的菲涅耳衍射 ,并给出了计算机仿真结果     

菲涅尔多缝衍射的数值计算

本文直接由菲涅尔一基尔霍夫衍射积分公式出发,通过数值积分的方法,计算菲涅尔单缝、双缝以及多缝衍射的光强分布,绘制出其相应的光强分布曲线.同时给出了计算菲涅尔多缝衍射的光振动分布的具体表达式.研究结果对于理解菲涅尔衍射现象具有重要的理论参考意义.     

圆孔的菲涅耳衍射

得到了圆孔菲涅耳衍射光强分布的表达式,此式由贝塞尔函数的数列(或Lommel函数)给出,因此很容易利用普及的数学软件算出结果.并且利用CCD照相机量度了衍射光强分布,与运算的结果作了比较,也与Burch在1985报导的结果作了比较.     

验证菲涅耳圆孔衍射中的一个重要结论

验证菲涅耳圆孔衍射中的一个重要结论温淑珍（黑龙江绥化师专）在菲涅耳圆孔衍射中，如图１，圆孔ＣＣ’露出的波阵面，在与点光源Ｐ０处同一轴上的Ｐ点引起的光振动的振幅”’为其中山和山分别为波阵面上相对于ＰＯ和Ｐ所作的第一个和最后一个菲涅耳半波带单独对该点引起...     

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。     

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.     

平行光的菲涅耳圆孔衍射的实验研究

通过实验观察到衍射图样的中心可亮可暗,并用"菲涅耳半周期带"原理加以分析、解释,通过分析总结出圆孔衍射图样的中心光强的变化规律,完善圆孔衍射的实验研究.     

单色点源圆孔菲涅耳衍射光场的计算与模似

点源圆孔衍射在光束的传输与变换、光学盛像系统的衍射成像及光信息处理等方面有着重要的作用．本文探讨单色点源照射圆孔产生的菲涅耳衍射光场的计算．     

菲涅耳圆孔衍射中心场点光强的解析表示

分别用矢量图解法和积分法导出了菲涅耳圆孔衍射中心场点的光强的解析表示,方便了此类问题的分析．     

菲涅耳衍射解析表达式的物理意义

文中讨论了圆孔菲涅耳衍射解析表达式的物理意义,指出了精确解(在菲湿耳近似下)与近似解的区别,并与用数值积分法计算的结果进行比较,证明了圆孔菲涅耳衍射解析表达式的正确性.     

菲涅耳圆孔衍射中心场点光强的解析表示

分别用矢量图解和积分法导出了菲涅耳圆孔衍射中心场点的光强的解析表示，方便了此类问题的分析。     

菲涅耳圆孔衍射计算机模拟演示的实现

为了克服菲涅耳衍射积分计算的复杂性和因光波频率高而导致的采样点数目巨大两大难题,利用Hankel变换算法,将二维计算变换为一维计算,并利用球面波因子处理,在普通PC上实现了菲涅耳圆孔衍射的计算机模拟演示．     

3种圆孔衍射的两种计算方法研究

根据菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,给出点源、平面光以及高斯光束照射圆孔衍射的一种数值计算方法,借鉴相关方法推导了这3种圆孔衍射的菲涅耳衍射及其特殊情况下夫琅禾费衍射的解析计算式,并利用Matlab软件模拟了它们傍轴区的衍射场。模拟实验表明:这两种计算方法对这3种常见且重要的圆孔衍射都是有效可行的。     

菲涅耳衍射解析表达式的物理意义

文中讨论了圆孔菲涅耳衍射解析表达式的物理意义,指出了精确解(在菲湿耳近似下)与近似解的区别,并与用数值积分法计算的结果进行比较,证明了圆孔菲涅耳衍射解析表达式的正确性。     

如何划分菲涅耳衍射和夫琅和费衍射

在讨论光的衍射时,一般总是把它分为菲涅耳衍射和夫琅和费衍射、但如何划分?根据是什么?这问题看法很不统一.在一般经典的光学著作中都是以所取的近似程度来划分的,而目前在一些现代光学的书中却划分得比较简单,提出了近场衍射即菲涅耳衍射和远场衍射即夫琅和费衍射的概念. 关于光在平面屏幕上的衍射问题早在1882年就由基尔霍夫得出了菲涅耳-基尔霍夫衍射公式式中U(P)为光在P(x,y)处的复振幅分布.∑为衍射孔,r0表示点光源P0(x0,y0)到孔上P1(xl,y1)点的距离,r表示观察点P到P1处的距离n为衍射孔的外法线. 后来索末菲又于1896年,首次给出了…     

平面透射光栅的菲涅耳衍射

从标量场的菲涅耳衍射理论出发,研究了球面波入射平面透射光栅的衍射场,导出菲涅耳衍射场的复振幅分布,并得到光栅菲涅耳衍射角的计算公式．结果表明,在理想情况下菲涅耳衍射的每一级衍射波都是一个球面波;在对菲涅耳衍射角进行新的定义后,衍射角的计算仍然可以采用夫琅禾费衍射的光栅方程．     

菲涅耳衍射公式误差相位的讨论

根据波动光学的理论,对菲涅耳近场衍射公式误差相位的影响进行了分析。以单缝衍射为例,讨论了误差相位与计算精度的联系。结合菲涅耳线波带片焦面光强分布的计算,对比了菲涅耳衍射公式与基尔霍夫衍射公式的计算结果,说明在不满足误差相位近似条件下使用菲涅耳衍射公式带来的影响。最后对影响波带片焦面光强分布的几个因素进行了讨论。