光学一题

波长 λ的平行光垂直照射于总缝数为 3(N+ 1)平面光栅上,每一缝宽为a、光栅常数为d.如作下列两种修饰,则其夫琅和费衍射光强将会怎样?(1)将第2、5、8、…、3N-1个缝盖以π相移膜片;(2)将第3、6、9、…3N个缝盖以。相移膜片.(解答在本期)“光学一题”解答 本题事实上是今年第6期所刊“一题”多组组合的形式.在不计单缝衍射调制作用下,计算衍射角θ方向上的叠加合振幅Aθ及光强Iθ.其中　　　　　　　　　　,是相邻光波在θ方向上的位相差.θ方向上的光强为光强分布画在解图(a)中.由于N很大,我们忽略各个次最大,而用竖线代表各级主极大的位…     

光学一题

试设计一种d=a杨氏双缝夫琅和费衍射装置,并导出屏幕上双缝干涉光强分布的表达式.这里a是双缝中每一缝的宽度,d是又缝中心没缝宽方向的宽度.(答案在本期找) “光学一题”解答 众所周知,双缝夫琅和费衍射光强分布是双缝干涉光强sin2(2υ)/sin2υ受到单缝衍射I0sin2u/u2的调制.这里I0=(Ca)2是宽度为a的单缝在屏幕中央所形成的光强,u=πasinθ/λ,υ=πdsinθ/λ ,θ是衍射角,由于d=a,即u=υ,故屏幕上光强分布表达式为这事实上是宽度为2a的单缝夫琅和费衍射光强分布,其中央衍射极大的角宽度将是宽度为a单缝的一半,丝毫没有什么双缝干涉的表现…     

衍射极小处的π突变

宽度为α的单缝夫琅和费衍射在衍射角θ方向上的合振幅 A_θ=A'_0(sinu/u)其中u=πasinθ/λ,A_θ的角分布如图1所示。我们看到,在每一个A_θ=0处的左右两侧,A_θ的正负号改变,即合振动的位相在每过一个衍射极小时,     

非均匀光栅的振幅分布和光强特性分析

从光栅自身的空间结构出发,用菲涅尔衍射公式推导了非均匀光栅的振幅分布公式(θi)和光强特性公式I(θi),用Maple程序给出了算例之不规则光栅衍射光强I(θi)随sinθi变化曲线,得到了非均匀光栅的衍射特性。一维透射平面光栅的振幅分布(θ)和光强分布I(θ)不仅与非均匀光栅的平均光栅常量有关,还与每个单元单缝的缝宽a有关。这一特性,补充完善了平面光栅衍射性质,同时,也为通过调整光栅空间结构,设计、研制、测试非线性光栅提供了理论依据。     

衍射条纹的图形显示

根据衍射光强相对分布 ,用计算机作图的方法显示了单缝和圆孔夫琅和费衍射条纹的图形。     

多狭缝衍射中的缺级现象

讨论多狭缝衍射中经常遇到缺级现象,一些书上认为它出现在两狭缝中心的间距(a+b)与狭缝宽度a的比值为整数时。下面以夫琅和费双狭缝衍射为例说明(a+b)/a不等于整数时也出现缺级现象。 如图,当平行光垂直照射双键时,我们能够得到在透镜L的焦平面上的光强分布为其中C为常数我们知道(1)式中的因数 是宽度为a的单缝夫琅和费衍射图样的光强分布。因数cos2v是位相差为2v的两束光所产生的干涉图样的光强分布。当其中任一个为零时,则合成光强即为零。我们来分析 当0一切财产生干涉最大 (a+b)sinw=ikA k=0,1,2,…(4) 当u=k’。时产生衍射最小 assup…     

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。     

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.     

单缝衍射相对光强在轴线上的探讨

利用高灵敏光电传感器和旋转运动传感器的组合,记录了单缝的夫琅和费衍射的相对光强的分布规律,并对实验现象进行了一定的探讨。     

光学参数对激光阵列相干

利用傅里叶光学方法,获得了相干合束远场光强的解析表达式,讨论了相位、振幅和发光单元数目等光学参数对远场光束质量的影响。研究结果表明:随着参与合束的发光单元数目的增加,尖峰变锐;同相模的光能集中在更小的立体角内,使得相干合束的亮度增加;异相模的光束能量较为分散,其峰值光强有所降低;随着振幅比β的减少,相干合束远场光强的峰值相对变化率增加,远场光强分布出现了本底现象,远场干涉条纹对比度降低。     

激光场相干叠加光束合成技术

光束拼接激光相干合成中,拼接占空比不高导致合成光束能量集中度不够理想,为了解决这个问题,提出了激光场相干叠加光束合成技术路线,设计了基于半反半透合束镜的多级激光场相干叠加光束合成方案。研究了子光束之间的光强差和波面误差对相干合成的影响,结果表明,激光场相干叠加光束合成中,对参与合成子光束的光强差、相位差的容差均不难满足:仅考虑单一因素时,子束光强相差三倍时合成效率仍可达90%,相位误差小于π/5时,合成效率可达到90.5%。搭建了基于半透半反合束镜的两束激光场相干叠加光束合成实验装置,实验验证了激光场相干叠加光束合成技术的可行性,在闭环情况下得到了稳定的合成光束输出,合成效率可达95%以上。     

部分相干厄米-高斯光束杨氏实验中的光强分布

将杨氏干涉实验作为双缝衍射现象处理,以部分相干厄米-高斯(H-G)光束为例,研究分析了多模部分相干光的杨氏双缝干涉光强和干涉条纹可见度的空间分布。数值计算说明,多模部分相干光束的空间相干参数、模阶数和缝遮拦比对衍射场中光强的空间分布(干涉花样)都有影响。当多模部分相干光的阶数为奇数时,轴上光强与光束的相干性会出现相消干涉;当多模部分相干光的阶数为偶数时,轴上光强与光束的相干性会出现相长干涉等。     

高斯光束通过含失调窄缝光阑的失调光学系统的传输特性

 利用硬边窄缝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,得出了高斯光束经含失调窄缝光阑的失调光学系统传输的近似解析式。模拟结果表明输出光束场分布与光束参量、光阑尺寸、ABCD矩阵元、光阑失调量和光学系统失调量有关。针对给定的光学系统和高斯光束定量分析了各失调量对输出光束场分布的影响,结果表明:光阑横向位移、光学系统横向位移和角位移均引起垂直于z轴截面内明显的光强非轴对称分布。当光阑半宽度为1 mm时,光阑的衍射作用使腰斑半径为0.5 mm的高斯光束产生-1.586π～1.465π范围的相对相移,且光阑横向位移、光学系统横向位移和角位移均引起焦平面前后相对相移的迅速变化。随光阑宽度变小,各失调量对输出光束特性的影响越明显。     

用直条带元法研究圆孔夫琅和费衍射

关于单维夫琅和费衍射,大学物理教学中往往用振幅矢量图解法给出直条带元迭加的光强分布公式,并辅以用半波带法直观说明光强分布有一系列的零值。这样做,物理图象清晰、数学处理明白,学生学习起来比较主动。但是对于圆孔,夫琅和费衍射的研究[1]通常只在极坐标系中作解析处理,查阅积分表得出衍射光强的贝塞尔函数表达式和查阅贝塞尔函数表确定爱里斑角半径。这个过程不象单缝研究那样直观具体,往往易使初学者感到不可捉摸。因此,通常在教学中均略而不提,仅直接给出爱里斑角半径公式的结果。前几年国外曾有教材[2]将直条带无法用于圆孔作了尝…     

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…     

洛埃镜干涉条纹的可见度

洛埃镜、菲涅耳双面镜和双棱镜都是观察不定域、分波前、双光束干涉的实验装置,在图1(a)洛埃镜装置中,缝宽为a的实缝S,其边缘A和B是自上而下分布的;实缝S对M反射镜的虚像S'的对应边缘A'和B'却是自下而上分布的.在图1(b)菲涅耳双棱镜装置中,两相干虚光源缝缘A1、B1和A2、B2的分布方向则是一致的.由于两装置中的实缝AB是被非激光的普通单色光所照明,两相干双缝中非对应点(如A和C'、A1和C2)所发光波是不相干的,所以屏幕P上的光强分布应该是许多对应点各自干涉光强分布的迭加.若缝宽a恰是两相千缝最近边缘间距2b的四分之一,即a=b/2,我们…     

不等缝宽多缝的夫琅禾费衍射及计算机模拟

基于复数法、积分法和矢量法研究不等间距多缝的夫琅禾费衍射的振幅和光强分布.应用Matlab软件进行数值模拟得到衍射图样,分析衍射图样.衍射振幅的推导方法和计算机模拟方法对于研究干涉、衍射等有一定的实际意义和指导意义.     

利用半波带法计算单缝夫琅禾费衍射的光强分布

从菲涅耳半波带法的思想出发,利用矢量叠加方法,得到了单缝夫琅禾费衍射光强分布的严格解。     

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.     

康托集类光栅衍射实验研究

衍射光栅它在当今信息时代是一种不可或缺光学元件,特别是在光谱学、激光工艺、光学信息处理、光通信等许多领域中都有着十分重要的应用。本文以康托集分形光栅为研究对象,自行设计并观察了康托集分形光栅三个阶段的夫琅和费衍射现象,根据惠更斯．菲涅耳原理,讨论了一维康托集分形光栅的夫琅和费衍射光强分布特性。