由光子理论导出费涅耳牵引系数

导出费涅耳以太牵引系数三种主要方法的基础是:(1)假想的以太的物理性质(费涅耳的方法),(2)作用于光子的相对论速度变换关系;(3)运动介质电动力学的麦克斯韦-闵可夫斯基方程[1]. 本篇短文的目的在于提出一个以光子图象为基础的方法.我以为它既引人入胜、又富有启发性.主要概念是,将光线的牵引解释为光子在介质内运动过程中吸收与再发射之间产生的有限时间延迟. 为了简化模型,用一个光子的适当的假想行为代替一组光子的平均行为.让光子进入长度为l的静止水平玻璃棒的左端,并以速度c(在原子之间)移向右端.设在光程中它沿运动方向“暂停”了若…     

一篇教学参考的好文章——简评“光学史上的一段佳话”

 今年第3期的《现代物理知识》上登载了黄艳华同志的“光学史上的一段佳话”。这篇文章对大学基础物理的光学教学极有参考价值,它清楚地说明一个历史事实,即菲涅耳在解释光的衍射现象时独立地提出了光的干涉原理,而不是国内外有些文章和书中所误传的那样:菲涅耳在提出如今称之为惠更斯-菲涅耳衍射原理时已经获悉杨氏干涉原理。近年来在国内的一些文章和教科书里时时出现上述的误传。例如,1999年《物理》第3期登载了题名为“托马斯杨与杨氏干涉实验”的文章,文中写道:“难怪有人说:杨是一位辛勤的播种者,而菲涅耳则是一个坐享其成的收获者”。     

菲涅耳波带板无运动卷积全息术

提出了菲涅耳波带板(FZP)无运动卷积全息术.该技术使用均匀扩展光源,使得从光源不同位置发出的光在经过FZP编码孔径之后,在物体上形成多个菲涅耳波带板投影叠加.物体的全息图是FZP投影光强分布函数与物体的光强分布函数的卷积,无需机械运动便得到物体的扫描全息图.采用数字相关解码方法实现全息图的再现.用蒙特卡罗方法模拟了菲涅耳波带板入射光束在经过散射介质以后,其出射光强分布随散射介质厚度的变化规律.结果表明:当散射介质厚度为5 cm时,出射光束依然基本保持菲涅耳波带板形式的光强分布.对嵌埋在浓度为1%的Intralipid散射溶液中直径为0.4mm的金属丝进行成像实验,分别得到当散射介质厚度为1cm、3cm和5cm时的再现像,实验验证了菲涅耳波带板无运动卷积全息术用于高散射介质中物体成像的可行性.     

惠更斯-菲涅耳原理及其发展

惠更斯-菲湼耳原理是波动光学的基本原理,是研究衍射現象的理論基础。在普通物理光学部分的教学中占据着重要的地位。闡明惠更斯-菲湼耳原理的精神实貭和它的局限性、說明它在波动光学中的地位是教学中的重要課題。本文将参照历史的順序,扼要地闡述惠更斯-菲湼耳原理及其发展,并尽可能地給予物理上的說明。(一)惠更斯-菲湼耳原理关于光的本性,在十七世紀曾經引起著名的微粒說和波动說的爭論。以惠更斯为代表的波动說,认为光是以太的波动,光的传播是以太运动的传播,而不是以太貭点的迁移。关于光     

数值法研究光的圆孔衍射实验现象

在平行平面波近似的情况下,数值法求解菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,得到平行平面光波通过圆孔衍射后的光强分布图.通过对纵向及横向光强分布图的数值分析,验证了轴上点光强由菲涅耳数决定,菲涅耳数大于1时为菲涅耳衍射区,菲涅耳数小于1时为夫琅禾费衍射区.在近场,光强分布为明暗相间的环形条纹;在远场,光束演化成束腰位置在圆孔处的高斯光束,仿真结果与理论和实验结果基本一致.本仿真结果将光衍射的抽象理论直观化、可视化.     

电磁波在慢速运动导电介质中的传播

考虑了导电率对运动介质里电磁波传播的影响，得到了菲涅耳公式的修正式．在通常的实验条件下，这个效应对于光波是可以忽略的．简单地考虑了电磁场的某些有关的性质．     

“四分之一光强”结论的实验验证

在菲涅耳圆孔衍射(图1)中,根据圆形菲涅耳半波带的划分,可知没有遮蔽的整个波阵面在P_0点引起的光强只有使圆孔露出第一个半波带的那一小部分波阵面在同一点引起光强的四分之一。笔者对此“四分之一光强”的结论作了实验验证。该实验的主要方法是,设计一个能露出第一个半波带的菲涅耳圆孔衍射系统,以线性光电探头测出被测点光强引起的光电流,再与     

显微数字全息中物光波前重建方法研究和比较

根据全息理论和线性系统理论,采用离轴无透镜傅里叶变换全息记录光路,对利用菲涅耳近似法、基于瑞利—索末菲衍射积分的卷积法以及角谱理论方法数值重建全息图进行了比较研究,并做了计算机模拟验证.结果表明：菲涅耳近似法和角谱方法重建像质比较好,且菲涅耳方法重建速度快;在记录距离极小的情况下,尽管记录距离不满足通常的菲涅耳近似条件,菲涅耳近似公式仍然成立;自由空间脉冲响应的快速傅里叶变换的性质与距离有关,由卷积方法得到的再现像只在某一特定距离下比较理想;对于极小物场、大孔径显微数字全息来说,菲涅耳近似重建方法是较为有效的方法.     

空变菲涅耳联合变换相关器

提出了菲涅耳联合变换相关器(Fresnel Joint Transform Correlator,FnJTC)结构,给出了数学推导过程,并通过计算机模拟验证了可行性及其与传统相关器所不同的相关特性。在相关过程第一阶段中,菲涅耳联合变换相关器对输入的联合图像作菲涅耳变换,代替了传统联合变换相关器(JTC)的傅里叶变换。与传统相关器相比,菲涅耳联合变换相关器是空变系统,相关峰值依赖于输入参考图像与目标图像的相似性、两图像之间的相对位置及参考图像(或目标图像)的线性相位调制。     

全息显示技术讲座 第二讲——透射全息

<正> 1.菲涅耳型透射全息的一般问题透射全息在记录时,物光和参考光来自记录介质的一侧投射在记录介质上。拍照菲涅耳型全息图时,记录介质位在物光波的菲涅耳衍射区。参考光可以用平面光波、发散或会聚的球面光波。为讨论问题简单,用点物作代表推导全息图的空间频率、物象关系、放大率等。我们将点物的全息图称为基元全息图。图2.1是记录光路。物光和参考光的位相函数为     

可编程菲涅耳相位透镜应用于多平面全息投影

研究了基于菲涅耳相位透镜实现多平面全息投影的方法,采用硅基液晶相位调制器建立了多平面全息投影系统.首先,利用可编程菲涅耳相位透镜代替傅里叶透镜,将计算机生成的相位全息图与菲涅耳透镜的相位结合;其次,基于时分复用和空分复用原理提出了加载菲涅耳相位透镜与相位全息图到相位空间光调制器上的两种方法;最后,讨论了在多平面全息投影中每个单一平面实现旋转物体动态360°视角显示的方法.实验结果表明:在距离硅基液晶分别为500、800、1 100和1 400mm处的四个重构平面可以获得全息投影图像;通过动态地改变菲涅耳相位透镜的焦距,可以实现多平面全息投影.     

菲涅耳声透镜聚焦性能的研究

本文从理论及实验上对斜面、弧面、相位补偿带板几种菲涅耳声透镜的聚焦性能进行了研究。先应用惠更斯-菲涅耳原理,采用较菲涅耳近似更高阶的近似方法,得出了适于计算大孔径透镜声场分布的数值计算公式;接着作了实验验证。理论和实验表明:上述几种菲涅耳透镜都具有较好的聚焦性能,焦区声场分布大致相同。在相对孔径为0.9,波长为1.41mm的条件下,横向分辨率为2mm,3dB焦深为17mm,第一旁瓣比主瓣下降17dB。     

基于菲涅耳棱镜干涉的飞秒激光脉冲测量

菲涅耳棱镜干涉是大学物理课程光的干涉中一个经典而重要的实验,菲涅耳棱镜干涉的物理思想与实验方法至今仍然值得我们学习与借鉴。本文利用菲涅耳棱镜的干涉原理并与柱面透镜、非线性晶体、CCD相结合搭建了用于测量飞秒激光脉冲的自相关装置,这种自相关装置结构简单、方便,成本极低;分析了这种基于菲涅耳棱镜自相关装置的工作原理,并进行了实验测量。     

基于菲涅耳双棱镜分波前干涉装置的全息光栅制作实验

不同于传统全息光栅制作教学实验中的分振幅干涉光路,提出了利用准平行相干光源照射菲涅耳双棱镜实现分波前干涉制作全息光栅的方法.利用菲涅耳双棱镜分波前光路分别演示了单个双棱镜制作一维全息光栅和2个棱脊正交菲涅耳双棱镜制作二维全息光栅.实验过程中可通过多种方法对干涉条纹间距和光栅常量进行估算,丰富了干涉实验内容和光栅制作实验...     

二元相位菲涅尔波带片近场俘获高低折射率粒子（英文）

采用双环形涡旋偏振光照射二元相位亚波长菲涅耳波带片的方法,实现了对高低折射率瑞利(Rayleigh)粒子的近场俘获.利用角谱理论计算了菲涅耳波带片的衍射场分布.改变入射光的截断参数(β)和涡旋角(δ),可以在菲涅耳波带片的近场区域产生亮斑和暗斑.计算发现,当β=1.09和δ=0时,在近场区域产生亚波长三维亮斑,能够稳定俘获19nm的金粒子,金粒子的折射率大于周围介质,轴向和横向俘获距离分别为0.4921λ和0.2844λ.当β=1.45和δ=0.414π时,在近场区域产生光墙包围着的三维暗斑,可以将30nm的空气泡稳定地俘获在暗斑中心,空气泡的折射率小于周围介质的折射率.两种情况计算所得的俘获距离均小于传统远场俘获系统中的距离.该系统可以用来精确俘获两类折射率不同的Rayleigh粒子.     

介质表面运动时的菲涅耳公式

论述了电磁波在运动介质界面反射和折射时电磁场场量间的振幅关系,得到了修正后的菲涅耳公式。     

轴棱锥产生无衍射光束自再现特性的几何光学分析

由几何光学方法分析轴棱锥产生无衍射光束自再现特性,很好地解释了无衍射光束自再现的形成原理.在菲涅耳近似条件下,利用菲涅耳衍射理论可以对光传输进行很好地描述;而光束经过障碍物后的很小距离内,菲涅耳衍射近似条件已不满足,衍射理论不再适合描述光束的传输特性,这时可以利用几何光学分析光束传输特性.首先从几何光学角度对轴棱锥产生无衍射光束的自再现特性进行了详细的描述,并对光束传输进行仿真,最后通过实验验证轴棱锥产生无衍射光束的自再现特性,实验结果与理论分析相符合. 关键词： 无衍射光束 几何光学 轴棱锥 自再现     

菲涅尔公式的实验研究

菲涅耳公式是通过理论推导而得出的,在光学理论中占有重要地位,很多光学现象都可以用其解释,但这一公式却难于用实验直接验证。本文利用折射定律将菲涅耳公式形变处理,消除了不易测量的折射角,把不可测量的电矢量振幅转化为可测量的光强,并且选择在空气和水的分界面进行实验研究,使得菲涅尔公式的完整实验验证成为可能,实验曲线与mathematica软件数值模拟曲线完全吻合。     

菲涅耳双面镜测波长

通过用菲涅耳双棱镜测波长实验的研究,得出用菲涅耳双面镜测波长的方法,实验简便易行.设计了两平面镜夹角的测量方法,减小了实验误差.     

拼接菲涅耳透镜子镜失调误差分析

大口径菲涅耳透镜由多个子镜拼接而成,子镜失调误差会影响拼接菲涅耳透镜的成像质量,以瑞利判据作为评价标准,根据菲涅耳透镜波前像差理论,分析了拼接菲涅耳透镜子镜各个自由度失调误差公差允限,给出了理论计算公式。分析表明:拼接菲涅耳透镜F数越大,各自由度失调误差公差允限越宽松。采用Zemax软件进行理论仿真,利用干涉仪对拼接波前进行实验检测,检测结果显示,拼接波前与理论计算最大误差为0.006λ,验证了理论的正确性。分析结果为拼接菲涅耳透镜光机设计、检测与装调提供了理论依据与指导。