基于夫琅禾费衍射的星芒现象探究

对拍摄光源时产生的星芒现象做出了理论解释和实验探究。基于夫琅禾费衍射理论,推导了光线通过正多边形孔后的复振幅分布,并用MATLAB对光场做傅里叶变换,得到了不同频率的光通过不同形状,不同大小的小孔后的衍射图样。并且开展了对应的实验,给出了不同频率的光线通过不同形状和大小的光圈后产生星芒的条件和规律,验证了理论分析的正确性。     

角锥棱镜的远场衍射特性

角锥棱镜具有空间反射特性，广泛用作激光测距的合作目标，不同的使用情况有不同的精度要求，对用于远距离测距的角锥棱镜其远场衍射特性将直接影响测距效果。通过对角锥棱镜角度误差和面形误差的分析，建立了具有角度误差和面形误差的角锥棱镜的出射波面的波差分布，并按照光波的衍射原理计算具有误差的角锥棱镜的远场衍射图。通过衍射图可以看出出射光束的发散程度随着角度误差的增加而增加，直至完全分离成六束光束。同时，面形误差的增加将导致衍射图的急剧恶化，使出射光束的质量明显降低。角锥棱镜的衍射特性对角锥棱镜的设计和评价具有指导意义。     

二维小孔的对称变换与夫琅禾费衍射光强分布

采用光波的复振幅叠加方法讨论了二维小孔夫琅禾费衍射的对称变换特性.通过小孔的对称变换,可以简便求得各种典型小孔的夫琅禾费衍射光强分布公式,进而利用Mathematica软件,对光强分布进行亮度模拟,得到了相应小孔的计算机衍射模拟图像.     

大面积拼接光栅的远场衍射分析

针对大面积光栅制作过程易出现的拼接偏差问题,基于标量衍射理论推导拼接光栅远场衍射的光强分布,计算分析几种常见拼接误差对拼接光栅性能的影响,以确定光栅拼接过程的误差容限.研究表明:拼接光栅的远场衍射光场随纵向和横向平移误差的变化呈周期性,且这两种平移误差带来的影响可相互补偿;而拼接光栅的旋转误差对远场衍射光场分布的影响较严重,当旋转误差增大到9.5875×10－5度时,衍射光场的峰值光强降为0.9,且两光栅各自峰值出现的方向成9.5875×10－5度.     

双圆孔夫琅和费衍射的远场条件

夫琅和费衍射是菲涅耳衍射的特例。按定义,当照明点光源和接收屏幕距离衍射样品均为无穷远时的衍射为夫琅和费衍射。实现夫琅和费衍射的具体装置多种多样,同一衍射样品在不同装置上都能获得相同的衍射图样,它们之间只有放大倍数的差异。     

扇形孔径的远场衍射和锯齿形光阑的消高频衍射

采用了一种简单有效的方法,模拟了一些扇形和部分环形孔径的远场衍射分布.并讨论了大形激光工程中,锯齿形空间滤波器的消高频衍射.     

均匀平面波圆孔衍射远场二阶矩问题

 研究了均匀平面波圆孔衍射远场光斑强度二阶矩的计算问题， 数值模拟计算了强度二阶矩随边缘高空间频率分量截去的百分数而变化的情况。认为用M ²因子定义均匀平面波的光束质量原则上是有问题的，但在规定高空间频率分量截去百分数的条件下，也是可以执行的。而在光束空间参数测量中，这种高空间频率分量的截去是一定会发生的。     

准直圆孔衍射高斯光束远场发散度

将夫琅和费衍射积分中的贝塞尔函数用高斯函数近似,得到经圆孔径准直光学系统衍射后高斯光束远场发散角的近似解析式.在不同衍射情况下,将其与严格夫琅禾费衍射积分进行比较,发现二者求解出的远场发散度接近.衍射孔径大小相同情况下,近似解析式与真实值的误差随准直前光束初始束腰的增大而减小;初始束腰不变的情况下,随着衍射孔径的增大,误差值略有上升,但最终趋于平稳.在初始束腰半径不小于2μm的前提下,误差值最大不超过3.4%.该近似解析式在各种衍射情况下都能较为准确地表征准直圆孔衍射高斯光束远场发散度,且形式简单.对比不同衍射孔径和光束初始束腰条件下的光束发散度仿真结果可知,光束发散度随衍射孔径的增大而减小,随初始束腰的增大而增加.     

分数阶涡旋光束在远场的衍射特性

模拟分析了分数阶拉盖尔-高斯涡旋光束在远场形成的光强和相位分布,探讨了拓扑荷从分数到整数变化时光束特性的演化过程。光强分布图中出现了两个大小和形状不同的环状光斑,较大的环状光斑上有形状规则的亮斑,环状光斑所围区域内暗斑呈椭圆状,亮斑和暗斑的数量都与入射光的拓扑荷有关。     

高斯光束经圆形光阑衍射的远场发散特性

线偏振高斯光束经圆形光阑衍射后,其远场可表示成互相正交的横电(TE)项和横磁(TM)项之和。利用TE项和TM项的远场能流分布,导出了高斯衍射光束的TE项和TM项远场功率的解析表达式,由此可度量TE项和TM项在远场占总功率的比例。基于能流二阶矩的定义,给出了高斯衍射光束、TE项和TM项远场发散角的解析式以及三者远场发散角间的关系通式,重点分析了f参数和截取参数对远场发散角的影响。结果表明:随着f参数的增大,远场发散角先增大后趋向于各自的饱和值。截取参数对远场发散角的影响与f参数相关,当f参数较大时,截取参数对远场发散角的影响不明显;当f参数适中时,随着截取参数的增大,远场发散角先减小后趋向于各自的最小值;但当f参数较小时,高斯衍射光束和TM项二者的远场发散角出现一定的波动性。     

卫星角反射器精度对远场衍射模式的影响

卫星角反射器作为激光测距系统中的合作目标,其主要作用在于提高地面接收机范围内反射光束的能量密度.经卫星角反射器返回的光束能量分布与角反射器加工参数有很大关联.基于角反射器的几何结构模型,采用矢量形式的折反射定律,建立了在不同光束入射条件下,具有二面角和面形误差的角反射器的出射光场的相位分布和远场衍射模式的数学模型.针对圆形切割的角反射器,仿真计算了不同光束入射角及方位角、角反射器二面角和面形误差所对应的远场衍射模式,并详细分析了它们对远场衍射模式的影响规律.仿真结果表明,随着二面角误差、面形误差和光束入射角的增加,远场衍射强度的发散程度增加.根据远场衍射模式和速差补偿理论,提出了一种在较大观测范围内二面角速差补偿方法.     

高斯光束经圆形光阑衍射的远场发散特性

线偏振高斯光束经圆形光阑衍射后,其远场可表示成互相正交的横电(TE)项和横磁(TM)项之和。利用TE项和TM项的远场能流分布,导出了高斯衍射光束的TE项和TM项远场功率的解析表达式,由此可度量TE项和TM项在远场占总功率的比例。基于能流二阶矩的定义,给出了高斯衍射光束、TE项和TM项远场发散角的解析式以及三者远场发散角间的关系通式,重点分析了f参数和截取参数对远场发散角的影响。结果表明:随着f参数的增大,远场发散角先增大后趋向于各自的饱和值。截取参数对远场发散角的影响与f参数相关,当f参数较大时,截取参数对远场发散角的影响不明显;当f参数适中时,随着截取参数的增大,远场发散角先减小后趋向于各自的最小值;但当f参数较小时,高斯衍射光束和TM项二者的远场发散角出现一定的波动性。     

平面超透镜的远场超衍射极限聚焦和成像研究进展

突破瑞利衍射极限,实现纯光学的远场超衍射极限聚焦和成像在科学和工程的各个领域都有重要意义.现有光学超分辨技术都存在一些固有的限制因素,如工作距离短、适用领域窄、不利于集成等问题.平面超透镜由于理论上的创新、设计灵活、效率高、方便集成等优势,成为实现超衍射极限的有效途径.本文综述了平面超透镜的物理原理及其在超衍射极限聚焦和成像方面近年来的研究进展,并讨论了该领域面临的问题和未来的研究重点和方向.     

被圆相位片衍射的空心高斯光束的远场矢量结构特征

基于麦克斯韦方程组解的矢量角谱表述与稳相法,在仅有远场近似的条件下,得到了被圆相位片衍射的空心高斯光束远场能流密度分布的解析表达式.结果表明,光束的总能流可以表示为自由项与附加项之和,其中附加项是相位片对能流分布的影响;总能流、自由项能流、附加项能流又可以分别表示为各自的TE项和TM项之和.利用所导出的公式,描绘了空心高斯光束的总能流、自由项能流、附加项能流及其各自的TE项与TM项能流的横截面分布图.讨论了截断参数与附加相移对纵向总能流分布的影响.     

利用改进型衍射理论对直边衍射效应的解释

利用改进型衍射理论MTPO（Modified Theory of Physics Optics）对直边衍射现象做出了解释．用数值模拟方法得出了直边衍射场强随衍射角度的变化曲线，并与广泛采用的菲涅耳近似衍射方法结果进行比较，发现在很大的角度空间上，二者所得出的衍射场强与精确解吻合较好．但在入射波的几何传播方向上，即边缘上的衍射场强分布，MTPO方法则具有更高的准确度．     

被光阑衍射部分偏振高斯-谢尔模型光束的远场特性

从部分相干光的传输理论出发,采用光束相干-偏振矩阵方法研究了被光阑衍射部分偏振高斯-谢尔模型光束的远场特性,对远场偏振和光强特性作了详细的数值计算和物理分析。研究结果表明,光阑衍射部分偏振高斯-谢尔模型光束的远场特性与光阑截断参量、光的空间相干性和衍射角有关。并与自由空间的传输特性和以前的工作作了比较分析。     

光栅衍射实验中的小发现

用分光计做光栅衍射实验时，发现了奇怪的现象，本文通过实验数据，总结实验规律。     

光由留声机片反射所生的衍射现象

(一)观察唱片对光的衍射现象的方法: (a)在破留声机唱片上取约5平方厘米的一块,注意条纹要与一边平行,然后固定在木板上。演示时,把它插在光具座上,并使其可以左右移动,如图1所示。在光源和唱片之     

衍射扭曲高斯-谢尔模型光束在远场的光谱移动和光谱开关

从部分相干光的传输理论出发,研究了被光阑衍射扭曲高斯-谢尔模型光束远场的光谱变化规律。结果表明,扭曲高斯-谢尔模型光束在远场也会出现光谱移动和光谱开关效应。与衍射高斯-谢尔模型光束情况相比,光谱移动和光谱开关效应不仅与光束空间相关性、截断参量和源光谱谱宽有关,光束的扭曲因子也会对衍射扭曲高斯-谢尔模型光束远场的光谱移动和光谱开关效应产生影响。通过数值计算结果详细讨论了光束扭曲因子影响衍射扭曲高斯-谢尔模型远场光谱的规律。     

照明物镜像差对远场衍射波前质量影响的严格矢量分析

点衍射干涉仪(PDI)中衍射参考球面波的质量受照明物镜像差和小孔的质量、状态的影响。基于矢量衍射理论,分析计算了可见光经过带像差的照明物镜聚焦后经过有限厚度具有实际电导率小孔板的衍射。分析了照明物镜像差对远场衍射波前质量的影响,确定了PDI检测极紫外光刻(EUVL)元件和系统时的最佳直径大小。分析计算得出,当用PDI检测数值孔经(NA)为0.3的系统时,采用直径大小为800nm的小孔较为适宜,其衍射波前均方根(RMS)偏差为6.51×10-5λ,强度均匀性为0.812。当用PDI检测NA为0.3的元件时,采用直径大小为500nm的小孔较为适宜,其衍射波前的RMS非对称偏差为8.40×10-5λ,强度均匀性为0.664。