球面波照射下夫朗和费衍射公式和成立条件的修正

本文认为文献[1]～[7]对球面波照明下的夫朗和费衍射的若干近似处理方法不是十分妥当的。并从标量衍射理论的瑞利—索末菲公式出发，导出了描述通过照明波会聚或发散中心并与衍射屏平行的观察面所接受到的衍射花样的夫朗和费衍射公式，且详细讨论了其成立条件。指出当衍射距离满足远场条件时，公式在源点或场点或两者均非傍轴的情况下亦成立；当衍射距离z0较近时，公式仅在源点(可处于非傍轴位置)附近的小区域成立，但距离越远，成立的范围越大。在场点、源点均傍轴的特殊情况下，此公式可退化为文献[1][6][7]的结果。     

也谈夫朗和费衍射近似

分析信息光学和物理光学中夫朗和费衍射的差别 ,指出在研究单个物体的夫朗和费衍射二者的一致性 ,根据普适的夫朗和费衍射的定义 ,导出夫朗和费衍射的近似条件。讨论各种情况下该近似条件所体现出来的含义 ,实际测量中考虑残差时 ,被测物和衍射角的大小与测量准确度有关系 ,同时还得出 ,菲涅尔近似的衍射角受限 ,随着衍射距离的增大 ,观察屏中心区的菲涅尔衍射近似逐渐变为外环的夫朗和费衍射近似 ,当用物 -像法测微物体时 ,除满足傍轴近似等条件外 ,还需满足夫朗和费近似的衍射角条件     

再论夫朗和费衍射测量的准确度

文［２］认为用夫朗和费衍射测量的准确度与物体尺寸和衍射角大小无关。本文从理论上证明其结论不能成立。测量的准确度与物体尺寸和衍射角有关，衍射角越大，准确度越低，系统误差越大。     

用夫朗和费衍射法测定微粒直径

本文针对传统微粒直径测量方法的局限性，提出利用单色点光源经二维随机分布的微粒系统进行夫朗和费衍射所形成的图样来测量微粒平均直径的方法，并讨论了该测量方法的精度，对于常见的颗粒度为几μｍ￣几十μｍ的微粒，该方法的相对系统误差绝对值在１％以下。     

衍射花样及其近似描述

导出了描述夫琅和费衍射的正确公式,讨论了菲涅耳衍射和夫琅和费衍射的物理意义、两者间的逻辑关系,以及倾斜因子ｋ（θ）对衍射花样的影响。指出一些傅里叶光学文献中的“菲涅耳衍射公式”和“夫琅和费衍射公式”均只能在观察距离ｚ不太小也不太大的近轴范围内近似成立,ｚ越大成立的角范围越小,当ｚ趋向于∞时,成立的角范围趋向于零。     

微粒光散射理论与测试技术研究

本文全面系统的论述了不同粒度段光散射理论与粒度分布测试技术 ;报道了基于MIE散射理论的亚微米粒度分布测试理论与技术的研究成果 ,提出了基于夫朗和费衍射理论的修正公式和密集颗粒粒度的测试方法。     

激光衍射法细圆柱体直径测量系统

为了提高激光衍射法细圆柱体直径测量精度,根据光波的矢量特性建立了矢量测量模型,提出了一种衍射花样处理方法,并研制了相应的测量系统。采用面阵CCD接收衍射花样,并使用二维零相位滤波器、最小二乘法等方法对其进行处理。运用该装置测量细圆柱体直径时,克服了传统方法测量细圆柱体直径时的原理误差,提高了测量精度。细圆柱体直径测量实验结果表明,基于改进模型的光学衍射法的相对测量误差在0.5%以下,优于目前1%的水平。     

衍射对红外成像影响的仿真计算及校正算法研究

采用夫朗和费衍射计算公式,建立了红外焦平面阵列成像衍射仿真模型,并用Mat-lab软件对不同距离探测像元之间的衍射影响进行了仿真。为了定量地描述像元间衍射影响,定义了衍射影响因子Bef、Def,并进行了计算。提出了一种基于焦平面阵列成像的衍射校正算法,根据探测像元的实际测量值和影响因子,利用联立方程组的方式对真实辐射值进行求解,并给出了该方程组的建立方法。最后对该算法的适用条件进行了分析。     

复杂形貌亚波长阵列的周期长度测量研究

设计并建立了一套基于光纤光谱仪的光学测试系 统,将由电子束光刻技术制备的一组 具有手征结构形貌的二维周期阵列结构作为样品,其由扫描电镜(SEM)测量得到的周期长度 分别约为520、570nm。测试并研究了二 维手征周期结构在白光垂直入射条件下光谱随衍射角的变化规律,以及将衍射光学方法用于 复杂形貌的亚波长二维阵列的周期长度测量效果。结果表明,随着衍射角增加,所有样品的 衍射波长均向 长波偏移;在同一衍射角下,样品的衍射波长与其周期结构具有对应关系。利用正交光栅 衍射方程,模 拟了白光在垂直入射条件下的衍射光谱变化,以此推算样品的周期尺寸与SEM测得的数据相 差小于3％,获得了良好的效果,表明了一般正交光栅衍射方程在复杂形 貌结构中的适用性。     

高斯光束通过球差透镜的聚焦特性

基于广义惠更斯-菲涅耳衍射积分公式,在较为普遍情况下,对高斯光束通过球差透镜的聚焦特性作了研究,给出了数值计算例.分析表明,当入射光束束腰宽度较小时,结果与文献[1]和文献[2]的有关结论相符.     

圆环孔径衍射高斯光束远场发散角研究

基于夫琅禾费衍射理论,通过对衍射积分的核函数进行近似,推导并得出了简洁的经圆环形孔径衍射的高斯光束远场发散角的近似解析式。在不同衍射孔径外径和不同遮拦比的条件下,将该解析式与严格的夫琅禾费衍射积分进行比较,发现二者求出的远场发散角接近一致,最大误差不超过2.7%。与传统数值积分求取光束发散角相比,该近似解析式在避免繁琐的积分运算同时保持了较高的精度。该解析式成立条件为高斯光束的束腰直径大于等于3.5倍中心遮拦直径,且小于等于孔径直径;在实际工程应用中,特别是具有大口径、小遮拦比特点的空间激光通信光学天线这一应用场景,该条件一般能够被满足。     

基于夫琅禾费衍射的激光束散角外场检测

基于圆孔衍射原理,通过对菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射特性的对比分析,综合圆孔夫琅禾费衍射光强艾里斑分布特征,提出了一种基于夫琅禾费衍射的激光束散角检测方法,通过布设激光靶对激光远场光斑进行采集、分析、处理,得到激光器关键性能参数束散角的实测值。测量结果表明:采用该方法可获得较高的检测精度,并对影响测量精度的因素进行了分析,该方法可为激光器束散角外场检测提供科学指导。     

基于单缝衍射原理的小转角测量方法

利用单缝夫琅和费衍射装置，通过转动使组成狭缝的一棱边与另一固定棱边形成分离间隙，进而使观察屏上的衍射条纹出现不对称分布现象。用最小二乘法对测量到的衍射图像的光强分布进行曲线拟合，并由拟合得到的数学表达式确定衍射条纹的精确位置。通过导出转动棱边在转动平面内2个相互垂直方向上的位移与观察屏上衍射暗纹位置间的关系式，并利用它对转动棱边的转角进行计算。实验结果表明，该方法可以实现小转角的高精度测量，转角的测量不确定度可达0．8。     

近衍射极限半导体激光束波面检测

在星间半导体激光通信系统中，如何检测发射光束波面的质量是个较难处理的问题，为了较好地解决这一问题，在简单介绍白光横向双剪切干涉仪的基础上，报道了用此干涉仪对近衍射极限半导体激光光束波面的检测，在此基础上推导出计算远场发散度的公式。实验测得近场光束的波高差为0．2A，通过夫朗和费衍射求得光束的发散度仅为64．8μrad，这表明光束接近光学衍射极限。同时，表明双剪切干涉仪灵敏度高、实用性好。     

用夫朗和费衍射测量微小物体的尺寸

文［１］的结论是错误的。微小物体最小可测尺寸仅由标量理论的成立范围决定，在标量理论允许的范围内，只要正确地应用实验装置和测量公式，便能得到准确的测量结果，测量的正确度与物体的尺寸和衍射角的大小无关。     

拍星残差数据相关性分析的大气折光差修正

靶场通常采用夜间静态拍星的方式检测光电经纬仪的静态测角总误差。受大气折射率变化的影响,俯仰方向测角数据通常采用大气折光差经验公式进行修正。不同地区和时间的大气环境差异使得该经验公式存在较大误差,导致拍星解算得到的俯仰方向测角误差偏大,且影响俯仰方向测角误差因素的进一步分离。为此,提出了一种基于多台光电经纬仪同步拍星数据相关性分析的大气折光差修正方法。基于经纬仪拍星方位角和俯仰角测量残差模型推导得到了大气折光差修正误差模型。根据该误差模型,利用分布在同一区域不同点位的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据,采用最小二乘法拟合得到大气折光差的修正系数并修正俯仰角测量残差数据。实测数据表明：采用该方法对俯仰角测量残差进行大气折光差修正后,光电经纬仪俯仰角测角总误差显著降低,且由垂直轴倾斜误差修正错误引起的方位角和俯仰角残差特性得以显现。文中提出的方法无需使用探空气球等获取大气参数,即可对同一地域分布的多台光电经纬仪拍星俯仰角残差数据进行修正,修正后的数据可用于进一步分离其他误差因素,具有较强的工程应用价值。     

关于大颗粒Mie散射与Fraunhofer衍射问题的分析比较

利用Mie散射与Fraunhofer衍射理论的数值计算,对球形颗粒的Mie散射和Fraunhofer衍射做了大量的计算和分析比较,提出了大颗粒的Fraunhofer衍射近似替代Mie散射的判据.     

偏振光波的矩孔矢量夫琅禾费衍射

利用瑞利—索末菲矢量衍射公式导出偏振光波矩孔矢量夫琅禾费衍射的解析计算式,通过模拟实验研究了椭圆偏振光的一般孔和亚波长孔的矢量夫琅禾费衍射情形,可应用于偏振光波偏振度检测和偏振成像等方面,表明所得计算式的有效性和可靠性,可在微光学、近场光学、衍射成像、光束传输变换以及光信息处理等方面发挥作用。