光的夫琅禾费衍射实验再研究

设计了夫琅禾费衍射实验光路,对不同形状的衍射物进行了夫琅禾费衍射实验研究。实验研究表明:多边形夫琅禾费衍射图样可以看成是多边形衍射物中各边的单边夫琅禾费衍射图样和相邻两边间干涉共同作用的结果。     

用衍射屏平移相因子计算夫琅禾费衍射场强分布

用Fresnel-Kirchhoff衍射积分求解夫琅禾费衍射场分布时引入衍射屏平移相因子,可简化对较复杂衍射屏夫琅禾费衍射的讨论,加深对衍射、干涉现象的理解．     

圆孔衍射光强分布的数值计算

利用数值积分的方法,计算了由点光源经圆孔衍射形成的光强分布,分别得到夫琅禾费及菲涅耳衍射图样,宽定量分析了满足夫琅禾费衍射的条件。     

一类与椭圆和矩形相关的孔径的夫琅禾费衍射研究

依据一类与椭圆和矩形相关的几何形状孔径的数学模型及其傅里叶变换，得出了其夫琅禾费衍射光场分布的一维积分表达式及其衍射图样，应用特征说明；在椭圆和矩形的特例情况下，其夫琅禾费衍射解析解与其他献相一致；通过分析衍射图样的特征，指出了边的形状和角的存在与否对衍射图样有着巨大的影响。     

基于快速傅里叶变换的衍射现象的数值仿真

根据夫琅禾费衍射与傅里叶变换的关系,通过构建数值遮光屏,并利用快速傅里叶变换,可以获得夫琅禾费衍射图样的二维仿真及其相对光强的三维分布图．利用Matlab实现了对单缝、圆孔及多缝的衍射现象的仿真．结果显示,该方法思路清晰,结果准确可靠,可作为教学中分析夫琅禾费衍射现象的另一种有效方法．     

夫琅禾费缝衍射的计算机模拟

在大学物理的教学中, 夫琅禾费衍射是波动光学的教学重点之一. 以夫琅禾费衍射的光学模型为基 础, 根据傅里叶光学理论给出夫琅禾费衍射光强分布的一般公式, 利用 MAT LA B软件对单缝、 双缝、 多缝以及十字 缝和＝ ‖字缝等缝衍射屏的夫琅禾费衍射进行模拟, 并对计算机模拟结果作出分析. 缝衍射实验的计算机模拟结果 显示快速且清晰, 衍射条纹分布符合衍射规律, 实现了对实际光波衍射的模拟     

夫琅禾费衍射光强的反常分布和 Matlab模拟

讨论了夫琅禾费衍射实际实验中的反常现象,在一定条件下给出了计算机模拟的结果。实验表明,衍射图样的实验数据点分布结果与数值计算的模拟结果一致。由此可知,夫琅禾费衍射光强的反常分布是远场条件失效所致。     

圆孔夫琅禾费衍射图样的三维特性分析

基于菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,在远场傍轴条件下,推导了圆孔夫琅禾费衍射场三维分布的积分表达式,并使用可视化科学计算软件Matlab进行了数值积分,得到了圆孔夫琅禾费衍射图样的三维光强分布数据。展示了焦平面、离焦平面和轴向切面上的二维光强分布图,分析了衍射图样的横向、轴向和离焦光强分布特性,拓展了对圆孔夫琅禾费衍射图样的理解。使用数值计算求解光电场三维分布的方法,无需复杂的特殊函数,利于在大学物理教学中推广。     

旋转矢量法在夫琅禾费衍射中的应用

应用简谐振动的旋转矢量表示法, 将波动光学夫琅禾费衍射中复振幅叠加转换成旋转矢量的合成, 并 针对夫琅禾费单缝衍射和圆孔衍射的各级暗纹中心的衍射角和其在衍射屏上的位置进行了求解. 相对于传统的基 于惠更斯 菲涅耳公式的解析计算方法, 基于旋转矢量合成的方法更为直观, 对数学知识的需求相对较少, 同时对 大学生学习和理解夫琅禾费衍射以及其他波动光学问题具有一定的借鉴意义     

多功能夫琅禾费衍射演示仪的研制

针对目前国内夫琅禾费衍射演示仪存在的问题,研制了一种＂多功能夫琅禾费衍射演示仪＂,实现了26种衍射缝的夫琅禾费衍射的演示实验及相应的计算机（变参数）模拟仿真实验,具有演示与仿真一体化、演示种类多、演示效果明显,自动快速、使用方便、功能多样等特点,能够满足光学课程对夫琅禾费衍射进行演示实验的要求。     

Computer simulation of Fraunhofer diffraction based on MATLAB

In this paper, we describe a novel computer simulation technique of generating Fraunhofer diffraction images from different patterns. The simulation can be performed in almost any PC using the software MATLAB. The patterns of five types of elements, including one slit, one rectangular aperture, two rectangular apertures, the grating and one circular aperture are discussed and simulated. Diffractions images can be generated for any wavelength of light and for any program are presented. Finally, the Fraunhofer diffraction optical intensity distribution is analyzed. Simulation results can improve the physics experimental teaching of Fraunhofer diffraction. The programs based on MATLAB have been used as the platform to real-time calculation and simulation and solve the optical problem.     

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．     

夫琅和费衍射与大角度衍射

众所周知,夫琅和费衍射的解析强度分布和暗纹位置是在一系列近似情况下导出的。其中最重要的条件是观测点必须限制在傍轴附近,衍射角不能太大,否则得不到简单的解析公式,也就不能称之为夫琅和费衍射。最近发现有人发明错误的理论将夫琅和费衍射概念及其测量扩展到90°角,其结论与常识截然相反,因此,有必要把混淆的概念予以澄清。     

透射光栅衍射效率的通用模型

在远场条件下采用夫朗和费衍射近似,经过波动光学的计算推导,得到透射光栅各级绝对衍射效率及相对衍射效率通用计算模型. 此模型可以用来计算任意栅线截面情况下透射光栅的衍射效率. 利用此模型,分别建立了矩形、梯形和5边准梯形截面的衍射效率计算模型,并对模型正确性进行了验证. 关键词： 透射光栅 衍射效率 数值模拟     

夫朗和费近似与夫朗和费衍射测量的准确度

较详细地讨论了夫朗和费衍射的本质、夫朗和费近似的准确含义以及倾斜因子对衍射花样的影响。从不同的角度导出了单缝夫朗和费衍射的光强公式和测量公式 ,指出了这些公式之间的区别与联系以及傅里叶光学中作近似分析时存在的问题。认为文献 [1]、[3 ]得出错误结论的深层次原因是错误地理解了夫朗和费近似的概念。当用夫朗和费衍射测量微小物体的尺寸时 ,只要正确地应用测量公式 ,便能得到准确的测量结果。测量的准确度原则上与衍射角的大小及被测物的尺寸无关 ,最小可测尺寸仅由标量理论的成立范围决定     

Diffraction of entangled photon pairs by ultrasonic waves

In this paper, we have presented and established a new theoretical formulation of photon optics based on photon path and Feynman path integral idea. We have used Feynman path integral approach to discuss Fraunhofer, Fresnel diffraction of single photon and entangled photon pairs by ultrasonic wave and obtained the following results: i) quantum state and probability distribution of single photon and entangled photon pairs by Fraunhofer and Fresnel ultrasonic diffraction, ii) oblique incidence Raman-Nath and Bragg diffraction conditions, iii) total correlation state and its probability distribution. Our calculation results are in agreement with the experiment results. Comparing one-photon and two-photon diffraction effects by ultrasonic waves, we have found that two-photon diffraction by ultrasonic waves is also a sub-wavelength diffraction.     

夫朗和费衍射测量的正确度

夫朗和费衍射常用来测量微小尺寸，实验表明，衍射角较大时，存在较大的系统误差，测量结果不能正确反映被测量大小。本文以狭缝为例，采取一种新的近似处理方法，导出了较为准确的测量公式，分析了测量的正确度问题，指出夫朗和费近似只是必要条件，而要获得正确的测量结果，最大衍射角必须在一定范围内。同时，这种方法也不能测量任意微小尺寸，最小可测尺寸与所要求的正确度有关，要求的正确度越高，最小可测尺寸越大。上述结论同样适用于刻划光栅、金属丝网、徐层厚度及其它狭缝类或圆孔类物体的衍射测量。     

米氏理论的近似及在粒度测量中的应用

将夫琅禾费衍射理论与几何散射 (包括折射和反射 )相结合 ,给出平行光入射下圆形颗粒在前向大角度范围内的散射光强分布近似算法。由于考虑了衍射、折射和反射相互间的干涉效应和颗粒对光的吸收性 ,对于正常或非正常衍射状态下无因次参量α≥ 40的耗散颗粒 ,在前向 0°～ 60°散射之内 ,该方法对散射光强计算结果与米氏理论结果是吻合的。由于计算速度比米氏理论快 ,有效角度范围比夫琅禾费衍射理论宽 ,因而适合于大颗粒的前向光强计算。将这一计算方法应用到大角度采光时的激光粒度测量实验中 ,收到了良好的效果