矢量衍射计算方法的研究

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衍射现象在光学中有很重要的地位,因其自身复杂的自然属性,衍射现象自被观察以来便一直受到人们的关注。从17世纪惠更斯提出光的波动学说至今,衍射理论不断被世人修正和完善。通常情况下利用标量衍射计算方法就可精确地对衍射问题进行求解,但在小尺度大角度的衍射情况下,标量衍射理论不再适用,必须采用更为严格的矢量衍射理论。本文在标量和矢量衍射理论和惠更斯理论的基础上,依据惠更斯原理提出了一种用计算机计算矢量衍射的方法,利用该方法检验了各衍射理论中不同倾斜因子对衍射计算结果的影响,并通过该方法计算了不同形状衍射孔径的衍射情况。本文主要对以下几个方面进行了研究:(1)基于对惠更斯原理和光的矢量性的理解,用离散的数值求和运算代替惠更斯-菲涅尔原理中连续的积分运算,这样就可以利用计算机的运算能力取代衍射计算的积分过程,将惠更斯原理中的衍射过程在计算机上重现出来。同时我们通过计算矩孔衍射和圆孔衍射两个经典案例,将计算结果与理论结果进行对比,证实了本文提出的矢量衍射计算方法的正确性。(2)介绍了不同衍射理论中的倾斜因子,并以使用最为广泛的基尔霍夫理论中的倾斜因子的计算结果为基准,对比得出了其他类型倾斜因子对衍射计算结果带来的影响,计算证明当衍射角度较小时,不同倾斜因子对计算结果几乎没有影响,当衍射角度超过一定值时,不同倾斜因子对衍射结果的影响较大,甚至超过50%。(3)利用计算机计算的灵活性,对衍射孔的形状和入射光源做进一步计算和分析,通过将计算结果与已知结论和已发表的结果对比分析,证明了该计算方法在衍射孔设置和入射光源设置时的灵活性,为衍射方法在实际计算中的应用提供了更多的可能。
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