非傍軸衍射理論的比較與研究.pdf

1、對大多數(shù)光學(xué)衍射和光束傳輸?shù)膶嶋H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與波長相比擬時,即在近場處,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相比擬時,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,對矢量衍射場的級數(shù)解、非傍軸近似解及精確解進行了詳細的數(shù)值計算和比較研究.結(jié)果表明高斯光束經(jīng)圓孔衍射的級數(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),級數(shù)解的適用性還與其階次有關(guān),對受硬邊光闌限制的光束,當(dāng)傳播距離z較大時,由于高頻分量的貢獻,級數(shù)解對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. 對于傍軸標(biāo)量光場,傳統(tǒng)光強被解釋為光場復(fù)振幅絕對值的平方<'[3].對于非傍軸的標(biāo)量光場, 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的能量分布.對于矢量光場,橫截面上的光強被定義為

3、單位面積、單位時間內(nèi)所流過的能量平均值,即,其中為波印廷矢量,這與光強的實際測量值是一致的<'[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的區(qū)別與聯(lián)系,對上述三種光強進行了詳細的數(shù)值計算和比較研究;指出在微小孔或光束的束腰與波長相比擬的非傍軸衍射或近場衍射的能量傳輸中,必須考慮光場的矢量特性.這個結(jié)果可用于矢量光束的強度二階矩和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