矢量衍射理論的比較研究及其應(yīng)用.pdf

1、光是電磁波，其衍射問(wèn)題的解決離不開(kāi)以麥克斯韋方程為基礎(chǔ)的經(jīng)典電磁場(chǎng)理論，由于電磁場(chǎng)是矢量場(chǎng)，其嚴(yán)格的衍射理論應(yīng)是矢量衍射理論。雖然對(duì)大多數(shù)光學(xué)衍射和光束傳輸?shù)膶?shí)際問(wèn)題，標(biāo)量衍射理論都是非常有效的，但隨著近場(chǎng)光學(xué)的發(fā)展，以及小尺度大角度光源的使用逐漸增多，衍射理論的標(biāo)量近似已不再成立，必須采用矢量衍射理論。 本課題首先研究了傍軸理論的不自洽性，探討了非傍軸矢量衍射理論兩種典型的研究方法：矢量衍射理論的角譜分析法和矢量瑞利--索莫菲

2、衍射積分公式法，又簡(jiǎn)要的證明了兩種方法的等價(jià)性。在平面波圓孔矢量衍射角譜表示的基礎(chǔ)上，給出了整個(gè)衍射空間橫向分量的精確解、矢量衍射場(chǎng)縱向分量的精確解以及精確的矢量光場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小。由于矢量衍射場(chǎng)縱向分量的存在，使光場(chǎng)的分布不具有軸對(duì)稱性，僅在觀察面內(nèi)的某一方向(如x軸方向)對(duì)光場(chǎng)分布的研究，不能完整描述矢量光場(chǎng)的特性，本文通過(guò)Matlab的大量計(jì)算，在三維空間內(nèi)對(duì)衍射場(chǎng)的矢量理論和標(biāo)量理論進(jìn)行了全面的比較研究，指出了在近場(chǎng)區(qū)域及非傍軸區(qū)對(duì)

3、衍射場(chǎng)矢量修正的必要性，分析了標(biāo)量衍射理論的有效性。 對(duì)高斯光束的微小圓孔矢量衍射理論進(jìn)行了比較研究，研究表明，衍射場(chǎng)的非傍軸近似解適用于描述衍射孔孔徑或高斯光束的束腰半徑較小時(shí)高斯光束在非近場(chǎng)區(qū)域的傳播；由于受硬邊光闌的限制，高頻分量對(duì)衍射場(chǎng)的貢獻(xiàn)增加，當(dāng)傳播距離z較大或衍射孔孔徑、高斯光束的束腰半徑較小時(shí)，衍射場(chǎng)的級(jí)數(shù)解對(duì)精確解的收斂性不好，甚至失效。指出了高斯光束經(jīng)圓孔衍射的級(jí)數(shù)解、非傍軸近似解的有效性與高斯光束的束腰半徑