衍射光栅的傅里叶分析方法

本文用衍射理论中的傅里叶分析方法,分析光栅在各种不同情况下的夫琅和费衍射现象中,其衍射屏上的复振幅分布、光强分布及频谱分布的规律。对于衍射光栅的应用具有指导意义。     

透射型体光栅对超短脉冲高斯光束衍射特性研究

采用傅里叶频谱分析法, 将超短脉冲高斯光束展开为单色单角谱成分的线性叠加;利用Kogelnik一维耦合波理论, 分析透射型体光栅对各单色单角谱成分的衍射特性;再通过逆傅里叶变换得出衍射光波的时空分布与光栅各参量的对应关系.结果表明:衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅周期的减小而呈展宽趋势, 且在空域的展宽趋势较为迅速, 与入射光束在空域进行比较, 衍射光束空域分布发生非常明显的畸变;衍射光束在时域以及在光栅波矢与光栅前表面法向所构成平面内的空域光强分布随光栅厚度的增大亦呈展宽趋势, 且展宽速度相当, 与入射光束在时域和空域比较, 均发生了较明显的畸变.     

基于Matlab的二维正交网格夫琅禾费衍射场模拟分析

二维正交网格夫琅禾费衍射场的计算较为复杂,衍射过程抽象,利用Matlab软件对其进行模拟分析,以便整体掌握二维正交网格衍射场的分布特点.用于夫琅禾费衍射的二维正交网格相当于两块黑白光栅的正交密接,其屏函数为二者之积.夫琅禾费衍射场能准确地实现屏函数的傅里叶变换,其中空间频率与场点坐标满足确定的替换关系,进而可计算出衍射场的光强分布.利用傅里叶变换的基本理论与Matlab软件计算模拟二维正交网格的夫琅禾费衍射场的频率域光强分布,分析光学参数变化对衍射场的影响,加深对光衍射及傅里叶变换理论的理解与掌握,为该领域的研究人员提供相应的理论与技术借鉴.     

计算机模拟任意形状衍射屏的衍射

把菲涅耳衍射积分化为含快速傅里叶变换的积分,对任意形状衍射屏的衍射进行模拟,其特点是直接用含快速傅里叶变换的积分求解出不同传播距离观察屏上的光场分布,得出菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的衍射花样.通过计算机对常见的缝孔的衍射的模拟,有助于理解衍射光在传播方向上近场衍射和远场衍射的不同和衍射花样的分布特征.     

二维光栅光调制器阵列的光学分析与实验

基于标量衍射理论分析了二维光栅光调制器的衍射特性,提出了投影系统的光学处理方法,利用Matlab软件进行了仿真分析.分析结果表明,二维光栅光调制器的衍射光强分布是单个像素衍射光强的干涉叠加,其分布趋势与单个光调制器的衍射光强分布类似;通过反傅里叶变换可将各个调制器的衍射光重新分开而成像.如果用±1级衍射光的成像,相位为2kπ的调制器在投影面得到一个明亮的像,而相位为(2k-1)π的调制器在投影像面上得到一个黑暗的像.通过一个基于静态微光电系统光栅光调制器的投影光学系统得到了一幅明暗调制的像,证明了光栅光调制器用于投影显示的可行性.     

台阶光栅衍射的傅里叶分析

提出了一种台阶光栅模型 ,并应用傅里叶光学方法推导出了反射式衍射光强的表达式。分析计算了衍射光强随台阶数、入射波长、衍射角和轮廓角 (闪耀角 )的变化关系。结果表明 ,台阶光栅能起到闪耀作用 ,台阶对衍射强度分布有影响 ,但不改变衍射光极大值的位置 ,随台阶数的增加 ,能量逐渐向闪耀方向集中。当台阶数等于 8时 ,其衍射效率可接近三角形闪耀光栅的衍射。台阶光栅衍射的傅里叶分析对光栅制作有一定的指导意义     

夫琅禾费衍射的计算机仿真

提出了利用MATLAB软件并通过计算机仿真夫琅禾费衍射实验的两种方法：直接计算法和傅里叶变换法,前者适用于形状简单、能精确得到相应衍射强度公式的孔径的仿真;后者适用于获取复杂形状衍射屏的夫琅禾费衍射图样的仿真文中给出各种孔缝的衍射屏的仿真衍射实验结果事实表明,采用这种仿真方法可以得到任意形状衍射屏的夫琅禾费衍射图样和强度分布曲线。     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明：当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时, 随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

高斯光束经环形光栅的衍射特性分析

基于傅里叶-贝塞尔变换计算高斯光束垂直入射环形光栅时的衍射远场分布,分析了其衍射远场光强分布的一般规律,并与平面波入射时的情况进行了比较.计算结果表明:当光栅半径为1.5倍高斯光束束腰半径时,随着光栅环数的增加,中央亮斑半值全宽先减小后增大、中央亮斑所包含的功率占总功率的比值减小、中央主极大光强值减小,三者的变化趋势与平面波入射时的趋势一致;中央亮斑半径、次极大光强值变化趋势与平面波入射时的变化趋势不同.当环数小于5时,高斯光束经过环形光栅的衍射场光强变化无规律;当环数大于10后两种情况下衍射场光强变化都不明显;当环数趋于无穷时中央亮斑半径、中央亮斑半值全宽、次极大光强值趋于圆孔衍射(环数等于1)时的值,中央亮斑所包含的功率占总功率的比值约等于圆孔衍射时的1/2,中央主极大光强值约等于圆孔衍射时的1/4.     

对称分布的相位型互补衍射屏的夫琅禾费衍射

为了验证巴比涅原理在相位型互补衍射屏的应用,建立了相位型互补衍射屏的数学模型,由理论分析得出了二者复振幅透过率的表达式,与用傅里叶光学方法得出其在频谱面上光强分布的表达式相同.由计算机模拟得到抛物柱面相位型互补衍射屏的夫琅禾费衍射光强的分布规律,与理论分析一致,得出分布规律为偶函数的相位型互补衍射屏的衍射符合巴比涅原理.