基于Fresnel-Kirchhoff理论的无限大声屏障绕射声衰减

从实际工业噪声控制中大面积有壁障噪声源的噪声控制问题出发,应用Fresnel-Kirchhoff理论和Babinet原理,建立计算无限大声屏障绕射声衰减的理论模型。通过数值求解,分析了声源、接收点位置,声波频率和地面反射等对声屏障绕射声衰减的影响。

泊松亮斑演示实验的数值研究

泊松亮斑是由于光衍射而产生的经典光学现象,在“大学物理”课程中经常被用来说明光的波动性,并作为典型的演示实验在课堂中展现。对圆屏衍射图样进行了数值计算,系统分析了光源波长l、圆屏半径R、圆屏和接收屏间距z,以及圆屏粗糙度对泊松亮斑的影响。结果显示,圆屏对接收屏中心遮蔽的半波带数k是影响泊松亮斑的重要参数。在保证亮斑光强和对比度的前提下,k越小,越有利于演示。

3种圆孔衍射的两种计算方法研究

根据菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式,给出点源、平面光以及高斯光束照射圆孔衍射的一种数值计算方法,借鉴相关方法推导了这3种圆孔衍射的菲涅耳衍射及其特殊情况下夫琅禾费衍射的解析计算式,并利用Matlab软件模拟了它们傍轴区的衍射场。模拟实验表明:这两种计算方法对这3种常见且重要的圆孔衍射都是有效可行的。

单色点源圆孔衍射的数值模拟实验

根据平面屏衍射的特点,由菲涅尔-基尔霍夫衍射公式得到单色点源圆孔衍射的积分表达式,然后提出了单色点源圆孔衍射的一种数值计算方法,用Matlab软件进行计算机数值模拟实验研究单色点源照射圆孔产生衍射的傍轴区的光场,有助于对相关衍射实验及衍射理论与技术的进一步研究。这种计算机仿真方法扩展了衍射问题的研究途径与方法,具有一定的应用价值,尤其对于教学具有直观作用。

堆叠型太赫兹通信透镜天线设计

为了提高太赫兹通信天线的增益和定向性,提出了"井"字堆叠型透镜天线。该透镜天线工作在太赫兹第一大气传播窗口内,由初级馈源天线和透镜两部分构成。设计了角锥喇叭天线作为透镜天线的初级馈源;根据菲涅耳-基尔霍夫衍射理论和傍轴近似条件设计了"井"字堆叠型透镜用于聚焦太赫兹波,并分析了透镜结构在平面波入射时的聚焦场分布。利用控制变量法分析了透镜天线的全波周期和焦径比等结构参数对其远场辐射性能的影响。对所设计的透镜天线进行了实物加工和测试。实验结果表明:"井"字堆叠型透镜天线的加工和组装工艺简便,具有对称的辐射模式,在320~380GHz的工作频段内的增益高于26.4dB,3dB主瓣宽度低于4.8°,基本满足太赫兹通信系统对天线的高增益和强定向性等要求。

用Fox-Li数值迭代法求解F-P型激光谐振腔的本征模式

谐振腔内的模式计算是提高激光器输出光束质量和应用自适应光学系统校正腔内像差的前提和基础。在理论分析的基础上,着重采用Fox-Li数值迭代法计算了F-P腔振荡模式的振幅分布和相位分布。计算结果表明,在经过300次渡越后,归一化的振幅分布和相位分布实际上已不再发生变化,则已找到光腔的一个自再现模式或横模分布。另一方面,分析了腔镜倾斜扰动对F-P腔内振荡模式的影响。数值计算表明,腔镜倾斜破坏了场分布的对称性,当引入的扰动量达到λ/36时,振幅分布和相位分布发生严重的畸变,需要用自适应光学技术对腔内像差进行校正。

单色点源矩孔菲涅耳衍射光场的计算与模拟

点源照射的衍射较平面光照射的衍射更具一般性,对光束的传输与变换、光学系统的衍射成像以及光信息处理等方面有重要作用.首先由菲涅耳——基尔霍夫衍射公式得到单色点源照射矩孔产生的衍射光场的积分表达式,然后推导了单色点源照射矩孔产生的菲涅耳衍射及其特殊情况夫琅禾费衍射的光场的计算式.利用Matlab软件计算模拟了它们傍轴区的衍射图样,模拟试验表明了推导的计算式的有效性与可靠性.这些有利于对相关的衍射理论与技术的进一步研究.

高斯光束微圆孔衍射变换的数值仿真实验

高斯光束的微圆孔衍射变换在微光学、激光技术以及微光机电技术中发挥着基础性作用,通过数值计算模拟实验可以对它进行研究与探索。由菲涅尔-基尔霍夫衍射公式得到单色点源平面屏衍射的积分式,类推得到高斯光束圆孔衍射的积分式,并给出这一积分式的一种数值计算方法。利用Matlab软件进行了高斯光束微圆孔衍射变换的数值仿真实验研究,这有助于激光束的实际衍射实验及其测控理论与技术的研究以及光学教学的改革。

无衍射光束与零阶贝塞尔函数

本文通过严格理论推导证明所谓的无衍射光束其振幅和光强表达式是在忽略圆环宽度和透镜衍射的情况下得出的。指出振幅表达式为零阶贝塞尔函数的光束并非是没有衍射而是一种特殊的干涉光束。

光子筛的色散特性和多波长聚焦功能仿真

设计了具有多波段聚焦功能的光子筛,并对其进行了仿真分析。利用菲涅耳-基尔霍夫标量衍射理论的极坐标形式对远场下的基于菲涅耳波带片的光子筛进行聚焦分析,仿真结果表明:光子筛具有超瑞利衍射极限的聚焦特性,并且能抑制菲涅耳波带片聚焦时的高阶衍射和旁瓣效应。对光子筛进行光谱扫描分析后得到:光子筛具有很好的波长选择特性。基于光子筛的此性质,设计了可以对多个波长的入射光在指定位置进行同时聚焦的光学器件。具有多波长聚焦功能的光子筛在多焦点成像、仿生学等领域具有广泛的应用。

菲涅尔波带片衍射性质的数值模拟

根据亥姆霍兹－基尔霍夫积分，严格地推导了菲涅尔波带片的光场的轴向和径向的强度分布表达式．通过不加任何近似的数值模拟计算，直观地显示了轴向和径向的强度分布随一系列波带数。

激光平行平面有源腔自再现模的探求

实际的激光腔不可避免有增益介质的存在,同时,也不可能保证光强的泵浦分布是均匀的。这样光强分布的不均匀必然导致增益分布的不均匀,因此,在考虑自再现模时有考虑增益系数分布状态的必要。本文给出数学公式以及若干个增益分布模型的实例验证这种假设的可行性和合理性。

点源圆孔衍射光场的计算

圆孔衍射对光束的传输与变换、光学成像系统的衍射成像及光信息处理的调制与滤波等方面有着重要作用。先由菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式得到点源圆孔衍射的积分表达式,然后提出点源圆孔衍射的一种数值计算方法,推导了点源圆孔菲涅耳衍射及其特殊情况夫琅禾费衍射的解析计算式,并利用M atlab软件模拟了傍轴区的衍射场,模拟实验表明了这两种计算方法都是有效而可靠的,有利于衍射理论与技术的发展。

菲涅耳近似对硬边光阑衍射光束的适用性

使用基尔霍夫衍射积分公式和菲涅耳衍射积分公式对高斯光束通过方孔光阑的衍射进行了研究。给出了详细的数值计算结果并作了比较。研究表明 ,对一给定的束腰宽度w0 ,当w0 远大于波长λ时 ,菲涅耳衍射的有效范围与截断参数δ有关 ;若w0 与λ可比拟甚至更小时 ,则必须使用基尔霍夫衍射积分公式。

惠更斯-菲涅耳原理和基尔霍夫衍射公式的讨论

较详细地讨论了惠更斯-菲涅耳原理和基尔霍夫衍射公式,指出了惠更斯-菲涅耳原理的不足之处,并由基尔霍夫衍射公式推导出惠更斯-菲涅耳原理的适应条件。

高斯光束下的圆屏衍射

计算分析了用高斯光束作光源时 ,圆屏衍射轴线上的光强分布规律 ,并与球面波入射的情况进行了对比 .

球面波垂直入射下圆形口径面的轴向绕射场分析

基于惠更斯—费涅尔原理，利用基尔霍夫公式给出了球面波垂直入射下理想导体面上圆形口径面的轴向场解析表达式，从而严格精确地解决了其轴向近场的求解问题．根据经典解析方法并辅以数值计算手段，给出口径面在几种不同归一化尺寸下的轴向场分布图．此外还探讨了口径面尺寸对轴向定点场强大小的影响，发现在给定的轴向点，将存在一系列使该点场强取极大值的口径尺寸，其中第一个解是最佳的．最后给出求解最佳尺寸的一组通用公式．

THE EVIDENCE OF LOSSY WEDGE DIFFRACTION COEFFICIENT IN THEORY

Formulas of diffraction field of lossy wedges with less than 180?wedge angle are derived on the basis of the Fresnel-Kirchhoff wave theory and their numerical results are compared with those of the heuristic lossy wedge diffraction coefficient given by Luebbers (1984), showing good agreement between the two types of numerical results which have different bases in theory. The agreement shows that the lossy wedge diffraction coefficient as an extension of UTD is quite reasonable.

数字全息再现中的积分核近似问题研究

对数字全息再现中的菲涅耳近似核hFz和Fresnel-Kirchhoff衍射积核hz进行了理论分析。得出了在满足菲涅耳近似条件下,这两种积分核再现具有等同性,同时hFz核再现具有缩短计算时间的优点,并给出了利用hFz积分核数字再现的实验结果。而在数字全息显微术中,hz核再现可以得到高的分辨率,并进行了数值模拟。

单色点源矩孔衍射的模拟与分析

为探究更具一般性的点源矩孔衍射,先推导单色点源矩孔衍射的积分表达式,再用MatLab软件计算模拟单色点源照射矩孔产生的衍射光场,有助于衍射实验及相关理论和技术的研究。