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。     

微波矩孔衍射仿真与实验

从基尔霍夫标量式出发,在振幅零级近似和相位一级近似条件下,由Mathematica仿真计算获得微波经不同尺寸矩孔的衍射分布,并在微波光学实验仪上进行实验验证,获得了从夫琅禾费衍射向菲涅尔衍射转化的衍射花样,实验与仿真结果较为吻合。     

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。     

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     

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。     

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．     

菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射公式对自由传播问题的自洽性

考察了菲涅耳衍射积分公式和夫琅禾费衍射积分公式在处理相继自由传播问题中的行为，证明了只要注意近似条件的正确运用，这些公式对自由传播问题可以给出自洽的结果；同时讨论了菲涅耳公式中当λz→0时的极限情况及其物理意义。这些分析对于加深对两个公式的物理意义、运用条件及有效性的理解是有益的。     

微波分光仪波源特性分析

通过实验测定与理论分析认为，微波分光仪波源不是理想的平面波源，而是发散的准球面波源；用其进行衍射研究不应看做是典型的夫琅禾费衍射，而应将其作为夫琅禾费衍射与菲涅尔衍射的过渡区衍射来处理。     

关于康托集类光栅的实验探究

设计制作了康托集分形衍射光栅,通过对康托集分形光栅3个阶段的夫琅禾费衍射现象的观察,根据惠更斯-菲涅耳原理,得到了一维康托集分形光栅的夫琅禾费衍射光强分布特性.     

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。     

A comparative study of the propagation of vectorial nonparaxial beams in the use of different approaches

Starting from the vectorial Rayleigh diffraction integral formula and using a simple expansion of the nucleus in the Rayleigh formula, an analytical propagation equation of vectorial nonparaxial Gaussian beams in free space is derived, which permits us to perform numerical calculations in comparison with the expression derived by Ciattoni et al. and with the direct numerical integration of the Rayleigh formula. It is found that as usual the use of expansion of vectorial Rayleigh diffraction integral is sufficient to provide satisfactory numerical results as compared with the direct integration of the Rayleigh formula. The above two analytical expressions are valid under certain conditions, however both are applicable in the far field.     

圆孔限制下有相位变化的高斯光束远场发散度的理论分析

依据夫琅和费衍射理论,通过引入高斯变换,即把夫琅和费衍射积分中的贝赛尔函数用一高斯函数来近似,详细分析并推导出圆孔限制下具有相位变化的高斯光束远场发散度的近似计算公式.与传统数值积分求光束发散度相比,它避免了繁琐数值积分,其误差不超过3％.     

基于计算机的光衍射的数值计算与显示

本文研究了基于计算机的光场分布的数值计算与显示方法。从光的菲涅尔衍射、波前相位重构入手,对连续信号进行了离散化处理,给出了数值计算公式。对光波通过矩形孔径、传播后的光场分布进行了数值计算与显示。仿真结果表明数值计算更加直观地展现了光的特性,并提供可视化的验证。     

微小孔衍射——近场光学理论

推导了圆孔衍射公式，该公式不受孔径大小和到屏距离的限制，可以作为近场光学的理论。它满足麦克斯韦方程标量形式和基尔霍夫边界条件，包括传播波和衰减波。数值计算表明，此结果优于用Ｂｅｔｈｅ模型所得到的近场理论的结果     

衍射光栅的第二类角色散及其特性分析

在由矢量衍射理论得到的锥面衍射情形下的广义光栅方程基础上，给出了对应于衍射极角的衍射光栅第一类角色散公式和对应于衍射方位角的衍射光栅第二类角色散公式，并通过理论和数值分析导出了第二类角色散发生突变的条件及相应的数学表达式. 关键词： 衍射光栅 锥面衍射 第一类角色散 第二类角色散     

边界衍射波理论公式的准确性数值分析

利用数值分析的方法分析了由边界波理论公式所得的圆形光阑衍射场的光强分布.通过对边界波理论公式所得的光强分布曲线,对几何照明区与阴影区的光强分布曲线与面衍射积分公式所得的光强分布曲线进行比较,分析了边界波理论公式对衍射场描述的准确性.     

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.     

标量衍射理论的非傍轴近似及其有效性

当光束束腰（或衍射孔孔径）可与波长相比拟或光束具有较大的发散角时,傍轴近似不再成立.在标量瑞利.索末菲衍射积分的基础上,进一步研究了衍射场的非傍轴近似解,并详细分析了解的有效性.以平面波圆孔衍射为例,对衍射场的精确解、非傍轴近似解以及菲涅耳近似解进行了详细的数值计算和比较研究.结果表明,非傍轴近似对微小孔衍射非常精确、有效.     

Sound diffraction by multiple wedges and thin screens

A theoretical formula that is based on the geometrical theory of diffraction (GTD) is proposed for computing sound diffraction by multiple wedges, barriers, and polygonal-like shapes. The formula can treat both convex and concave edges, where edges may or may not be inter-connected. Comparisons of theoretical predictions with other results done by the BEM or experiments for scaled model confirm the accuracy of the present formula. Numerical examples such as double wedges and doubly inclined barrier show that when there exist several diffraction paths for given source and receiver positions, the insertion loss is dominated by the diffraction associated with the shortest propagation path. It is also found that although the partially inclined barrier increases the shadow zone as compared to the simple screen type of the same total height, it does not necessarily increase the insertion loss at all heights.     

高斯光束计算平板波导自由传输区远场分布及其修正

对近轴近似条件下求解亥姆霍兹方程得到的高斯光束显式传播公式做了分析，同时，基于基尔霍夫衍射理论，在菲涅耳近似的条件下给出了相应的高斯光束在远场的传播公式，在此基础上，对近轴近似条件做出了定量分析，给出了这个近似条件引入的误差，提出了一种计算高斯光束远场分布的修正方法，并采用有限差分-光束传播方法(FD-BPM)来检验各种方法的准确性。把这种修正方法应用到平面光集成波导器件，如阵列波导光栅(AWG)、蚀刻衍射光栅(EDG)等器件的设计和模拟中，可以大大降低工作的复杂性，同时可以得到精确的结果。