惠更斯—菲涅尔原理在克希霍夫积分方法中的应用

菲涅尔对惠更斯原理进行了解释补充,从而形成了惠更斯-菲涅尔原理。我们从克希霍夫积分公式出发,引出了克希霍夫衍射公式,并把惠更斯-菲涅尔原理应用到该公式中,对地震反射波场进行计算,从而推导出了克希霍夫正演模拟公式。应用此公式对地质模型进行了正演模拟实验,得到了较好的模拟效果。

扭曲厄米-高斯-谢尔模光束对两种瑞利粒子的捕获

为探究聚焦扭曲厄米-高斯-谢尔模光束对瑞利粒子的捕获特性,基于广义惠更斯-菲涅耳原理和瑞利散射理论,推导了扭曲厄米-高斯-谢尔模光束经过聚焦透镜后光强和辐射力的解析表达式,并数值模拟分析了扭曲厄米-高斯-谢尔模光束对瑞利粒子的辐射力随光束阶数、扭曲因子等光束参数和透镜焦距的变化规律。结果表明,扭曲厄米-高斯-谢尔模光束的光场分布在传输过程中逐渐分裂并绕着传输轴旋转;梯度力和捕获稳定范围随着光束阶数和扭曲因子增大而增大;通过选择合适的光束参数和透镜焦距,可以实现对不同折射率的两种瑞利粒子的稳定捕获。研究结果对扭曲厄米-高斯-谢尔模光束在光镊技术中的应用具有一定的参考价值。

多厄米-高斯子波束的传输特性研究

基于拉盖尔-高斯模和厄米-高斯模之间相互转换的关系,将拉盖尔-高斯涡旋光束展开成多厄米-高斯子波束,给出了模式转换关系的强度分布图。采用惠更斯-菲涅尔原理,推导了非傍轴条件下多厄米-高斯子波束在真空中传输时接收面处的场分布表达式。采用数值分析方法对真空传输过程中不同传输距离和拓扑荷下的多厄米高斯子波束的强度和相位分布进行了分析。结果表明:在短距离传输范围内,多厄米-高斯子波束在主扇位区域具有高光强能量集中,可以用于精确的光学操控。随着传输距离的增大,子波束场的等相位线由直线变为平滑的弧线。在远距离传输时,非傍轴近似多厄米-高斯子波束的相位变化远远小于傍轴近似拉盖尔-高斯光束的相位分布。由此可见,非傍轴近似条件下多厄米-高斯子波束更适合远距离传输。所研究的结果可为高拓扑荷、宽发散角拉盖尔-高斯涡旋光束的传输提供理论基础。

地震散射波模拟成像在金属矿勘探中的应用

由于金属矿地质模型一般具有强非均匀性,造成金属矿地震勘探中采集到的信号杂乱,应用常规的反射地震处理技术难以获得可靠的成像效果。而基于惠更斯-菲涅尔原理的散射成像方法能充分利用地震信号中的全波场信息,例如反射波、绕射波、回转波、直达波、转换波等,它们都是散射波的一种表现形式,从而可以获得较好的成像效果。结合中国东部典型铜矿-铜陵冬瓜山铜矿与中国西部典型锡矿-云南个旧锡矿的地质模型,我们模拟了散射波地震记录,并通过散射成像方法获得了高质量的偏移结果,从数值模拟角度证明了散射成像在金属矿地震勘探中具有较好的应用前景。

康托尔地毯光栅的衍射场

为了研究自相似分形结构的衍射场,拓展光学衍射理论;首先利用实验得出康托尔地毯光栅的衍射图样;然后根据惠更斯-菲涅耳原理及位移-相移定理导出康托尔地毯光栅的衍射场在像面上的振幅和光强分布公式;再利用MATLAB的可视化模拟出康托尔地毯光栅在像面上的衍射图样;分析衍射图样得出康托尔地毯光栅的衍射规律。

自由传播矢量图解法中90°相移的探讨

通过对自由传播矢量图存在的90°相移问题的分析,得到波面上各点发出的次波相对入射波相位超前90°的结论,并在此基础上讨论了利用矢量图解处理问题的2种方法.

高等物理教育中的"次波相干叠加效应"创新工作法

从"点圆式工作法"教育理念出发,提出了"次波相干叠加原理".结合教学实践,讨论如何以自身为次波源,通过相干叠加实现教育的传承和教育思想从教师到学生的创新与发展.充分结合物理学科的特点,着重从次波及其相干叠加原理在高校教师团队建设、物理相关专业的课程体系改革和大学生综合能力培养的实践应用三个方面进行了讨论与方法探索.同时,分析和讨论了思政课程与课程思政间的融合与相干叠加效应,为实现将思政教育贯穿学生培养全过程提出了创新的方法和手段.最后,从物理学相关专业间、交叉学科间、教研成果的社会影响力这三个"递阶式"的层次,讨论了创新教学理念的推广和相干叠加效应.

基于数值计算上好干涉和衍射的一堂辨析总结课

干涉和衍射是波动光学课程的核心内容,概念难、计算复杂。本文基于基尔霍夫衍射公式,利用次波相干叠加算法和MATLAB软件通过数值计算得到光照射到单缝、双缝等障碍物后的图案,给学生演示所获得的数值计算结果和典型光学教材中的解析结果吻合良好,让学生直观认识到单缝衍射和双缝干涉图案均可利用基尔霍夫衍射公式计算得到,进一步明确了所谓光的干涉和衍射实际上都是次波相干叠加的结果,在物理上并没有本质的差异。本文提出了抓住主要矛盾舍去次要矛盾的教学思路分别讲解干涉和衍射,继而前后呼应,并用统一算法获得典型孔径的衍射图案来讲解双缝衍射和光栅衍射。该教学手段有助于提高学生对干涉、衍射以及对复振幅线性叠加等物理现象的辨析和理解。

阵列光束在各向异性湍流大气传输时的光束漂移

基于拓展的惠更斯-菲涅尔原理,推导出了圆对称阵列光束在各项异性湍流大气中传输的束腰宽度和光束漂移解析表达式,并对此表达式进行了数值模拟。结果表明:圆对称阵列光束在各项异性湍流大气传输时,阵列光束的高斯光束个数对光束漂移的影响较小,而高斯阵列所围成圆环的半径对光束漂移的影响较大,半径越大,阵列光束的漂移越小;各项异性湍流大气的幂律参数和各项异性因子也是影响光束漂移的主要因素。在相同条件下,阵列光束受到各项异性湍流大气的扰动比高斯光束小。

部分相干电磁厄米—高斯光束通过斜程湍流大气传输的偏振特性

从推广的惠更斯-菲涅尔原理出发,推导出了电磁光束的偏振态在湍流介质中传输的表达式。并以电磁厄米-高斯模型光束为例,研究了湍流对电磁厄米-高斯模型光束偏振态的影响。进一步采用ITU-R在2001年提出的随高度变化的大气结构常数模型,研究斜程湍流大气中激光波束偏振传输特性。

关于单缝衍射的疑点辨析

由惠更斯-菲涅尔原理可知衍射就是子波的干涉.虽然双缝干涉与单缝衍射同为干涉,但是它们的明暗条纹条件却存在很大差异.下面从物理角度对这一疑点给出清晰的定性解释,并且从数学角度给出单缝衍射明暗条纹产生条件的严格证明.

基桩倾斜二次干扰异常特征

从惠更斯—菲涅尔原理出发,通过弹性波的波动方式及绕射积分方法,导出了基桩倾斜因子K′(θ)。通过理论异常曲线的计算和K′(θ)的讨论及模型桩检测实例分析,证实了倾斜桩应力波速度曲线异常的存在,从而为倾斜桩的解释推断提供了依据。

拉盖尔-高斯涡旋光束在电磁诱导透明介质中的传输特性

研究了拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)涡旋光束在电磁诱导透明(Electromagnetically Induced Transparency,EIT)介质中的传输演化特性。在得到EIT介质ABCD传输矩阵的基础上,利用广义惠更斯-菲涅尔原理,推导出了LG涡旋光束在EIT介质中传输时的解析表达式,并研究了光束的强度和相位演化特性,以及对拓扑荷、径向指数、相干长度等参数的依赖关系。研究表明,LG涡旋光束在EIT介质中传输时经历了周期性的聚焦和扩散。对于部分相干LG涡旋光束,较小的拓扑荷或较大的径向指数会导致相位奇点被隐藏。此外,相位奇点在传输过程中会发生分裂现象,同时产生拓扑荷相反的相位奇点。随着相干长度的增加,相位奇点的隐藏、分裂和产生现象会逐渐减弱直至消失。

半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合分析

建立了半导体激光器与单模光纤通过球透镜耦合的光传输模型,对双异质结激光器光束特性进行了分析。基于Huygens-Fresnel原理计算了激光光束远场发散角以及光束束腰半径。运用高斯光束与单模光纤耦合理论以及ABCD矩阵理论进行了激光器与单模光纤的球透镜耦合效率分析,给出了最优化的耦合封装工艺参数,以及各个影响耦合效率的参数容忍度,对半导体激光器与单模光纤的球透镜耦合封装具有重要意义。

浅析光的单缝夫琅和费衍射

在解释波的传播规律时,荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)提出了以他名字命名的惠更斯原理,利用惠更斯原理只能定性地解释波的传播现象。为了对波的传播现象进行定量运算,法国物理学家奥古斯汀·让·菲涅尔(Augustin-Jean Fresnel)对惠更斯原理作了补充,提出了惠更斯-菲涅尔原理。为了简单明了地解释光的衍射现象,菲涅尔提出了“半波带”概念,利用“半波带”概念可以定量分析衍射现象。文章介绍了利用“半波带”概念和惠更斯-菲涅尔原理定量分析单缝夫琅和费衍射的两种方法,并对两种方法作了比较。

多缝干涉与衍射在不同条件下的相互转换研究

多狭缝干涉与衍射在屏幕上呈现的图样有各自的特点,但干涉现象与衍射现象之间是有一定关联的.文中推导出并较全面讨论了当同一狭缝装置给予不同的初始条件时,屏幕上呈现的图样、性质及光强相应发生的变化.

夫琅禾费圆孔衍射的光强分布研究

基于惠更斯一菲涅尔原理,本文推导了夫琅禾费圆孔衍射光振幅径向分布的积分表达式,利用数值积分精确计算了各级明暗环衍射角、中央艾里斑与各级明环光强和各级明环峰值光强,并利用最小二乘法探讨了各级明暗环衍射角与相对光强随衍射级次的变化规律。