光的干涉和衍射的Matlab数值模拟

利用Matlab数值模拟杨氏双缝干涉、单缝衍射和光栅衍射的图案和光强分布曲线,并讨论了光的非单色性对干涉条纹的影响.     

关于双光束干涉条纹形状的讨论

用分波阵面法获得干涉条纹,以杨氏双缝干涉实验为代表双光束干涉条纹,一般在干涉屏上得到的为平行等间隔直线条纹.关于两相干点光源形成光束间的干涉条纹,其分布规律如何,本文将对此进行讨论.     

狭缝宽度对双缝后光场分布的影响

双缝光叠加的内容是波动光学中的重要组成部分,其后场是单缝菲涅耳衍射与双缝干涉综合作用的结果,难以得到精确的解析表达。本文基于波动光学中的惠更斯-菲涅耳原理,通过Matlab数值计算获得了不同双缝之后的光场分布。结果表明狭缝的宽度对其后叠加光场分布的影响很大。对于不透光部分为5.0mm的等宽双缝,当缝宽与入射光波长数量级相同时,其后轴线附近的光场可近似为杨氏双缝干涉结果;当缝宽比入射光波长大1～2个数量级时,其后场可近似为单缝夫琅禾费衍射修正的杨氏双缝干涉结果;而当缝宽比入射光波长大3个数量级以上时,后场表现为明显的直线传播特性。只有在宽度适当的双缝之后才出现典型的光栅衍射图谱,而且两缝宽度之间的差异将使得反衬度γ降低,导致条纹模糊。     

计算机模拟分立双谱线光源的杨氏双缝干涉

对分立双谱线光源的杨氏双缝干涉进行模拟,求解出不同线型和线宽时干涉条纹的可见度曲线、光强分布曲线和干涉图样,用直观的计算机图形说明了分立双谱线的线型和线宽对干涉条纹的影响．     

非单色性光源对杨氏干涉条纹可见度的影响

光源的单色性影响其相干性. 任何实际的波列都有一定的谱线宽度, 谱线宽度表示了光源单色性的好 坏, 直接影响了干涉条纹的可见度. 对非单色性光源通过典型杨氏双缝干涉装置产生干涉条纹的理论进行分析和 仿真, 得出谱线宽度与干涉条纹的可见度的关系. 结论与实验相吻合. 其结果对于干涉法工程测量具有现实意义     

关于杨氏双缝干涉实验明暗条纹公式的修正意见

通过分析杨氏双缝干涉明暗条纹理论公式所采用的形式与干涉图样级数常规定义的不符，对公式形式加以修正．     

关于"电子干涉实验"的商榷和联想

一 本刊2003年第11期的<托马斯·杨双缝演示应用于电子干涉实验>一文描述了电子、中子等实物粒子显示出波动性,并得出了"单电子杨氏双缝干涉实验表明,当少量电子通过仪器落在屏上时,其分布看起来毫无规律,并不形成暗淡的干涉条纹,这显示了电子的‘粒子性'.但大量电子通过仪器时,则在屏上形成了清晰的干涉条纹,这又显示了电子的‘波动性'"以及"这是单电子的干涉"两个结论.这里有两点需要商榷.     

关于杨氏双缝干涉实验明暗条纹公式的修理意义

通过分析杨氏双缝干涉明暗条纹理论公式所采用的形式与干涉图样级数常规定义的不符，对公式形式加以修正。     

随机电磁光束的广义斯托克斯参数实验测量

利用杨氏双缝和马赫曾德干涉提出一种检测随机电磁光束的广义斯托克斯参数的实验方法.部分相干光通过杨氏双缝后,用光阑、半波片和偏振片组成的马赫曾德干涉光路进行处理,检测干涉条纹的相干度和单个缝的光场强度,得到光束的交叉谱密度矩阵,进而得到光束的广义斯托克斯参数.实验结果表明,同方向偏振的光分量的空间相干度高于正交偏振方向的光分量.该方法可用于研究光束传播过程中的偏振特性和相干特性的变化.     

光学相干性测试实验

光的干涉现象和理论是大学光学教学中的重要内容之一,一般是用杨氏双孔或双缝实验来演示光的干涉现象和规律.为了进一步说明光源所发出的光场的相干性,则需要改变双缝间距来观察光程差较小处干涉条纹清晰程度的变化,以说明光源的空间相干     

Talbot效应的简单解释

从双缝干涉的简单理论出发,将光栅分解为许多组双缝,利用人们熟知的干涉条纹间距公式导出Talbot成像位置,结论与Talbot效应公式一致。并由实验证实,在(2 m 1)d2/λ(m为正整数)的位置得到的为横向平移d/2的周期像,并非原周期性物的负反差像。     

3-光栅系统的干涉效应

本文用部份相干的观点提出并研究了三个独立光栅串联排列系统的干涉效应。用模糊函数导出了干涉条纹光强分布为三个光栅等效函数的联合卷积-相关积分。给出了条纹存在的光栅间距离和周期比条件。随光源光栅狭缝宽度的变化相应产生相干的Talbot效应、部份相干效应和非相干的Lau效应。部份相干条纹的波形随光栅的平移而变化。最后给出了实验验证。 关键词：     

用干涉条纹重迭法测量晶体双折射率差

本介绍用干涉条纹的重叠法测量晶体双折射的过程。此方法是在D．F．Heller先生的基础上，用干涉条纹取代光机的Tallbot像，主要优点是条纹的对比度好。     

Analysis on the laser beam pointing instability induced fringe shift and contrast dilution from different interferometers used for writing fiber Bragg grating

This paper presents an analysis on the effect of laser beam pointing instability on the fringe shift and hence the contrast dilution of superposed fringes from two beam interferometers. The interferometers analyzed are those commonly used in writing fiber Bragg grating (FBG) such as phase mask, bi-prism and phase mask based Talbot/Holographic type. The beam pointing instability is incorporated as slight change in the angle between two interfering beams. The relative immunity of different interferometers to laser beam pointing is discussed vs location of FBG writing plane from the beam splitter. The effect of the beam pointing was minimum in proximity FBG writing by phase mask. The effect, in terms of fringes contrast dilution, was worst in case of large length interferometers e.g. phase mask based-Talbot interferometer. For intermediate length prism interferometers, the effect was moderate. For a given length interferometer, the fringe shift was directly proportional to beam pointing angle and inversely proportional to fringe separation. Theoretical analysis is verified experimentally by studying the fringe instability of interference pattern formed by a bi-prism of angle 2^o with the copper vapour laser (CVL, λ = 510 nm) beams of different beam pointing instabilities.     

Identifying a dot-matrix hologram with the fringe-overlapping phenomena of grating dots

Dot-matrix holograms created by two-beam writers contain many grating dots. Because the phase difference between two laser beams for interference cannot be controlled accurately, the fringe positions of grating dots are randomly determined. Therefore, fringe positions are a good kind of tool to identify dot-matrix holograms. In this paper, a number difference between two special fringes of a target grating dot is used to identify a dot-matrix hologram. The two special fringes are determined by three grating dots with parallel fringes. The first special fringe is corresponding to a fringe pair with the best matching for the fringes of the target grating dot and the fringes of the second grating dot. The second special fringe is corresponding to a fringe pair with the best matching for the fringes of the target grating dot and the fringes of the third grating dot. An experiment has proved the proposed method practical and feasible. Because reproducing a grating dot with a specified fringe number difference is difficult, the proposed method is excellent for anti-counterfeiting.     

改变写入Bragg波长的干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪

一种干涉条纹运动的扫描式Talbot干涉仪被用于改变光纤Bragg光栅的写入Bragg波长。在系统中,光纤光栅是由来自相位掩模的±1级衍射光经平面镜反射后在远场形成紫外干涉条纹写入的,其中,相位掩模被用作±1级衍射光的分束器。值得注意的是通过干涉条纹的运动来扫描写入光纤光栅,有效降低了Talbot干涉仪对写入光源相干性的要求。     

基于X射线塔尔博特效应的纳米光栅制作模拟研究

沿纳米多层膜生长方向切割可制成周期只有几纳米而厚度几十微米的切片多层膜光栅. 基于该切片多层膜光栅塔尔博特自成像效应的X射线光刻是一种新型的纳米图样制作方法. 已有学者用该方法完成了百纳米结构光栅的制作. 采用严格耦合波方法, 本文模拟计算了切片多层膜光栅在满足塔尔博特自成像条件下的后表面光场分布, 详细讨论三个影响光栅后表面成像质量的重要参数:光栅厚度、材料厚度所占比例和多层膜周期. 模拟结果表明, 光栅厚度不仅影响X射线透射率, 还会改变像面条纹衬比度. 材料厚度比的大小直接决定像面是否存在清晰条纹, 选取合适的材料厚度比, 得到了前人实验中近场反常成像现象. 计算还表明, 在一定条件下, 采用周期更小的多层膜光栅有望获得更高分辨率的纳米图形, 这说明使用塔尔博特效应制作更加精细的纳米结构图形具有可行性.     

Another proof that the future can influence the present

A modified Young double-slit experiment proposed by Wootters and Zurek is considered in which a system P of parallel plates covered with a photographic emulsion has been set up in the region where we would normally expect the central interference fringes. Because under certain conditions P makes it possible to conclude with much more than50% certainty through which of the two slits each particular photon passed, the relevant interference pattern becomes blurred. It is proved that this implies a retroactive effect because the setup of P and the interaction of photons with P appear to influence the momentum transferred to the photons by the edges of the slits at an earlier stage of the experiment.     

晶体双折射测量的干涉条纹重迭法

本文介绍用干涉条纹的重迭与否测量晶体双折射。作者用干涉条纹取代光栅的Ｔａｌｂｏｔ像，主要优点是条纹的对比度好。     

热光的高阶双缝干涉

干涉效应反映了光场的相干性,非相干光源中无序性会破坏干涉.然而对于高阶干涉来说这一看法并不成立.文章作者最近的理论和实验研究表明,横向传播方向无序的热光源可以实现高阶双缝干涉.尽管单个探测器的强度分布是均匀的,处于不同位置的两个探测器的联合强度关联却出现了干涉条纹.当两个探测器同步反向移动时,条纹间距减小为一阶干涉条纹的一半.实验结果同不久前报道的在自发参量下转换过程中产生的纠缠双光子对的双缝实验中所观察到的亚波长干涉效应十分类似.实验结果可以用多模热光场的二阶空间关联性质来解释.热光的高阶双缝干涉是著名的Hanbury-Brown和Twiss实验的空间干涉版本,因此也可称其为Hanbury-Brown和Twiss型双缝干涉。