非傍軸衍射理論的比較與研究.pdf

1、對(duì)大多數(shù)光學(xué)衍射和光束傳輸?shù)膶?shí)際問題,標(biāo)量基爾霍夫衍射理論及第一、第二類瑞利-索末菲衍射理論都是非常精確的;當(dāng)傳播距離z與波長(zhǎng)相比擬時(shí),即在近場(chǎng)處,由于邊界衍射波不可忽略,三種衍射理論差別較大. 當(dāng)光束具有較大發(fā)散角或光束的束腰可與波長(zhǎng)相比擬時(shí),標(biāo)量近似已不再成立<'[1][2]>本文以高斯光束的微小圓孔衍射為例,對(duì)矢量衍射場(chǎng)的級(jí)數(shù)解、非傍軸近似解及精確解進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值計(jì)算和比較研究.結(jié)果表明高斯光束經(jīng)圓孔衍射的級(jí)數(shù)解、非傍軸

2、近似解的有效性與光束的束腰半徑、衍射孔的孔徑和傳播距離有關(guān),級(jí)數(shù)解的適用性還與其階次有關(guān),對(duì)受硬邊光闌限制的光束,當(dāng)傳播距離z較大時(shí),由于高頻分量的貢獻(xiàn),級(jí)數(shù)解對(duì)精確解的收斂性不好,甚至失效.討論了高斯光束圓孔衍射標(biāo)量近似的有效性. 對(duì)于傍軸標(biāo)量光場(chǎng),傳統(tǒng)光強(qiáng)被解釋為光場(chǎng)復(fù)振幅絕對(duì)值的平方<'[3].對(duì)于非傍軸的標(biāo)量光場(chǎng), 通過構(gòu)造守恒流 , 用描述垂直于光束傳輸方向的橫截面上光場(chǎng)的能量分布.對(duì)于矢量光場(chǎng),橫截面上的光強(qiáng)被定義為

3、單位面積、單位時(shí)間內(nèi)所流過的能量平均值,即,其中為波印廷矢量,這與光強(qiáng)的實(shí)際測(cè)量值是一致的<'[4]>.本課題在矢量衍射理論角譜表示的基礎(chǔ)上,以高斯光束圓孔衍射為例,研究了橫截面上三種光強(qiáng)的區(qū)別與聯(lián)系,對(duì)上述三種光強(qiáng)進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)值計(jì)算和比較研究;指出在微小孔或光束的束腰與波長(zhǎng)相比擬的非傍軸衍射或近場(chǎng)衍射的能量傳輸中,必須考慮光場(chǎng)的矢量特性.這個(gè)結(jié)果可用于矢量光束的強(qiáng)度二階矩和M<'2>質(zhì)量因子的研究.本課題得到合肥工業(yè)大學(xué)科研發(fā)展基金