非傍轴衍射理论的比较与研究
对大多数光学衍射和光束传输的实际问题,标量基尔霍夫衍射理论及第一、第二类瑞利-索末菲衍射理论都是非常精确的;当传播距离z与波长相比拟时,即在近场处,由于边界衍射波不可忽略,三种衍射理论差别较大.
当光束具有较大发散角或光束的束腰可与波长相比拟时,标量近似已不再成立<'[1][2]>本文以高斯光束的微小圆孔衍射为例,对矢量衍射场的级数解、非傍轴近似解及精确解进行了详细的数值计算和比较研究.结果表明高斯光束经圆孔衍射的级数解、非傍轴近似解的有效性与光束的束腰半径、衍射孔的孔径和传播距离有关,级数解的适用性还与其阶次有关,对受硬边光阑限制的光束,当传播距离z较大时,由于高频分量的贡献,级数解对精确解的收敛性不好,甚至失效.讨论了高斯光束圆孔衍射标量近似的有效性.
对于傍轴标量光场,传统光强被解释为光场复振幅绝对值的平方<'[3].对于非傍轴的标量光场, 通过构造守恒流 , 用描述垂直于光束传输方向的横截面上光场的能量分布.对于矢量光场,横截面上的光强被定义为单位面积、单位时间内所流过的能量平均值,即,其中为波印廷矢量,这与光强的实际测量值是一致的<'[4]>.本课题在矢量衍射理论角谱表示的基础上,以高斯光束圆孔衍射为例,研究了横截面上三种光强的区别与联系,对上述三种光强进行了详细的数值计算和比较研究;指出在微小孔或光束的束腰与波长相比拟的非傍轴衍射或近场衍射的能量传输中,必须考虑光场的矢量特性.这个结果可用于矢量光束的强度二阶矩和M<'2>质量因子的研究.本课题得到合肥工业大学科研发展基金项目的资助.
标量衍射理论;非傍轴衍射;级数解;精确光强
合肥工业大学
硕士
课程与教学论
邓小玖
2007
中文
O436.1
57
2007-08-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）