Дифракция в физической оптики методы

Краткое -введение в теорию дифракции. В основном рассмотрены методы разделения переменных н физической оптики. Приведены результаты экспериментального определения полей для нескольких задач. [c.270]

Подробный обзор приближенных методов решения задачи дифракции волн на эшелетте дан в 132]. Эти методы применимы для малых глубин канавок (метод Рэлея, метод малых возмуш,ений) либо при очень коротких длинах волн и условии, что направление распространения одной из гармоник поля близко к направлению луча, зеркально отраженного от грани зубца эшелетта (метод Бреховских, метод физической оптики). В строгой постановке задача дифракции волн на симметричном эшелетте с углом 90° при вершине зубца впервые рассмотрена в 1962 г. методом частичных областей, приемлемым лишь при нормальном падении первичной волны [44]. [c.142]

Преобразование Фурье и его различные приложения к операциям свертки, корреляции и распределениям в настоящее время уже вошли в арсенал теоретической оптики и стали ее неотъемлемым инструментом. Это видно на примерах теории образования изображения, интерферометрии, спектроскопии и, наконец, голографии. Даже элементарное рассмотрение теории преобразования Фурье, приведенное ниже, дает исследователям универсальное средство для анализа различных задач физической оптики, теории дифракции и интерферометрии. А во многих случаях использование только таких теорем, как теоремы смещения или теоремы свертки, которые будут даны в следующих разделах, позволяет быстро находить решения целого ряда задач, которые в прошлом требовали применения специально разработанных и часто весьма громоздких методов. [c.194]

Физическая теория дифракции метод краевых волн. Рассматривая результаты строгого решения задачи о падении плоской волны на клин, мы уже видели, что кроме геометрооптического поля (падающая и отраженная волны, тень), переходных зон между ними, описываемых функцией Френеля, существуют еще цилиндрические волны от ребра клина. Они проявляются и в освещенной, и в теневой областях. Приближение Кирхгофа, т. е. физическая оптика, тоже дает волны от ребра, но как оказывается, очень неточно. Нужна была какая-то дополнительная идея, позволяющая исправить результаты физической оптики. Эта уточняющая приближение Кирхгофа мысль состоит в том, что при определении поля вдали по току на металле кроме тока в геометрооптическом приближении в (22.1) нужно учесть го/с, обусловленный дифракцией. Таким образом, [c.244]

Эта структура может быть названа первичной. Ее можно уточнить введением так называемой вторичной дифракции дифракционные лучи, уходящие от верхнего края, дифрагируют на нижнем крае, и наоборот, лучи от нижнего дифрагируют на верхнем. Лучи вторичной дифракции расходятся веером во все стороны, в том числе и в зоны полутени, интерферируя с полутеневым полем, и в направлении от нижнего края к верхнему и наоборот, возбуждая дифракционные лучи третичные и т. д. Таким образом, геометрическая теория дифракции позволяет проследить весь процесс формирования дифракционного поля, чего нельзя ожидать, например, от метода физической оптики. [c.248]

Эта книга возникла из записей, которые я сделал в течение последних 10 лет для лекций по физической оптике, физике дифракции и электронной микроскопии, предназначенных студентам старших курсов и аспирантам. Она отражает мой особый интерес к дифракции электронов и дифракции от разупорядоченных и несовершенных кристаллов в ней используется подход, особенно удобный для рассмотрения именно этих вопросов. Такой метод использует фурье-преобразование с самого начала, а не как обобщение методов рядов Фурье, он не только более удовлетворителен по лежащим в его основе концепциям и теориям, но и позволяет с единых позиций рассматривать все различные разделы физики дифракции, будь то дифракция электронов, рентгеновских лучей или нейтронов. [c.9]

В 1947 г. английский физик Д. Габор впервые продемонстрировал возможность получения изображения без использования традиционных оптических элементов. Им был предложен новый метод записи и восстановления объектного поля, основанный на использовании явлений интерференции и дифракции света. Так появилась новая область физической оптики — голография. Это слово, в переводе с греческого, обозначает полная запись . [c.300]

Новые физические понятия создаются не только в процессе обобщения физических теорий, но и обратным путем они могут возникнуть в результате применения приближенных методов к более точной физической теории.... Так, понятие луча, а равно и вся геометрическая оптика могут быть выведены из волновой теории света как идеализации, пригодные в предельном случае весьма малой длины волны (в области вблизи границы света и тени эти идеализации уже непригодны). При менее полной идеализации учитываются и отклонения от геометрической оптики, иначе говоря, учитывается дифракция, каковая также является новым физическим понятием (дифракционные явления наиболее ярко проявляются как раз вблизи границы между светом и тенью) . Этими словами академик В.А. Фок определил основные концепции геометрической оптики и теории дифракции в своей знаменитой книге Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн , ставшей одной из настольных книг целого поколения физиков. Кроме того, следует отметить также такие классические труды, как Оптика А. Зоммерфельда, Основы оптики М. Борна и Е. Вольфа, Оптика Г.С. Ландсберга. [c.6]

Прежде чем перейти к детальному описанию методов, с помощью которых могут быть рассчитаны моды открытого резонатора, напомним некоторые технические термины. Добротность резонатора Q определяется как Q = со о, где со — частота моды, а /о — ее время жизни в незаполненном резонаторе, т. е. в резонаторе без активной среды. Величина /о — это время, за которое интенсивность моды уменьшается в е раз. В данной книге будет использована константа затухания х = 1/2 /о- Чтобы получить большую добротность Q, согласно физической оптике (теории дифракции), нужно обеспечить выполнение следующего условия. В случае двух зеркал с апертурами 2/11 и 2/12, разнесенных на расстояние О, должно выполняться неравенство [c.68]

Книга известного американского физика О Нейла, основанная на курсе лекций автора для студентов-физиков и аспирантов Бостонского университета (США), посвящена новому направлению в оптике — анализу оптической системы с точки зрения теории связи как фильтра пространственных частот. Теория формирования изображения, в частности теория аберраций и дифракции, излагается на основе методов преобразования Фурье. Проблема структуры изображения и оценки его качества рассматривается с применением теории информации. На основе матричной теории анализируются свойства когерентного и частично когерентного излучения, а также вопросы частичной поляризации. Книга написана так, что она будет понятна и аспиранту-физику, и радиоинженеру. По содержанию она рассчитана на физиков и инженеров-конструкторов, занимающихся разработкой оптических и оптико-электронных систем, применяемых в фотографии, телевизионной технике, военном деле, приборостроении и т. д. Она может быть полезной для студентов старших курсов университетов и оптико-механических факультетов втузов, специализирующихся в вопросах вычислительной и физической оптики, а также для аспирантов и научных работников. [c.4]

Формула (12.5) дает строгий результат, если на границе области значения и д Шп известны точно. В задачах дифракции, решаемых методами физической оптики, вместо точных значений поля и его производной на границе принято использовать приближенные величины, которые имели бы место в этих точках пространства в отсутствие объекта дифракции. Такое приближение хорошо оправдывает себя, если линейные размеры объекта существенно больше длины волны. [c.174]

Все оценки способности рентгеновских лучей поглощаться и их жесткости очень затрудняются тем, что из трубки выходят очень неоднородные рентгеновские лучи, т. е. смесь лучей различной жесткости. Пропуская их через поглощающее вещество, мы задерживаем более мягкие лучи, получая таким образом более однородный пучок. Этот метод фильтрования довольно груб и не обеспечивает получения строго однородных монохроматических лучей. В настоящее время мы располагаем приемами монохроматизации, подобными применяемым в оптике обычных длин волн, т. е. методами, при использовании которых испускается почти монохроматическое рентгеновское излучение, подвергающееся дальнейшей монохроматизации при помощи дифракции. Таким образом получаются лучи, не уступающие по монохроматичности световым лучам, и для них коэффициент поглощения имеет совершенно определенный физический смысл. Для таких монохроматических лучей он зависит от плотности р поглощающего вещества и грубо приближенно может считаться пропорциональным плотности. Более точно поглощение определяется числом атомов поглощающего вещества на единице толщины слоя. При переходе же от одних атомов к другим поглощение быстро растет с увеличением атомного веса, правильнее, атомного номера Z, будучи пропорционально кубу атомного номера. [c.406]

К. С. Шифрин [Л. 73] показал физическую природу этого явления. Останавливаясь на нем, предварительно заметим, как определяется эффективное сечение ослабления, или коэффициент ослабления, методами геометрической оптики. Для небольшого количества частиц в единице объема, не перекрывающих друг друга, или для единичной частицы, эффективное сечение ослабления может быть в этом случае определено по соотношению между суммарной площадью поперечного сечения частиц и площадью нормального сечения падающего пучка лучей. При этом принимается, что дифракция на больших частицах отсутствует, и ослабляется (рассеивается и поглощается) лишь та доля падающего излучения, которая приходится на площадь поперечного сечения частицы. [c.157]

Постановка и классификация задач о рассеянии волн. Задача о дифракции на многих телах относится ко многим физическим явлениям, связанным с рассеянием волн на неоднородностях. (В оптике —критическая опалесценция смесей жидкостей, явление красной зари и голубого цвета неба, явление Тиндаля, когда ярко проявляется рассеяние поляризованного света в определенных направлениях, и-т. д. в ядерной физике —рассеяние нейтронов в теории металлического состояния —рассеяние электронных волн, Сюда же относят все случаи дифракции рентгеновских лучей.) Несмотря на то что эти явления принадлежат к различным областям физики, методы изучения рассеяния на совокупности неоднородностей сходны, поэтому повсюду применяют одинаковую терминологию. Рассмотрим основные понятия оби ей теории рассеяния волн на совокупности рассеивателей. Задача о рассеянии волн на многих частицах сложна и поддается анализу в двух крайних случаях. Когда поперечник рассеяния меньше геометрического сечения частицы (например, рассеяние длинных волн на жестких частицах, взвешенных в воде), то следует говорить о слабом рассеянии. Если поперечник рассеяния значительно больше, чем геометрическое поперечное сечение отдельных неоднородностей, то следует говорить о сильном рассеянии (например, рассеяние звука на газовых пузырьках в жидкости). [c.314]

Локальный харак1ер высокочастотной дифракции. Вернемся к рис. 22.1. Используя методы физической оптики, можно найти поле слева от тела, интегрируя в (22.1) по освещенной поверхности тела можно также найти и поле справа от тела, интегрируя в (22.2) по поверхности, представляющей собой проекцию тела на плоскость, перпендикулярную к оси г, и вычитая полученное поле из падающего согласно принципу Бабине. Однако при этом будут допущены неточности неправильно найдены поля в тени, волны от острой кромки, волны соскальзывания, дифракционные поля, уходящие над большими углами и т. д. [c.243]

Книга проф. Дж. Каули, внесшего существенный вклад в развитие физической оптики, охватывает материал, относящийся к оптике реитгеиовских лучей, электронов и нейтронов. Рассматриваются основы кинематической и динамической теории дифракции, диффузное и неупругое рассеяние, структурный анализ, явления упорядочения, а также конкретные дифракционные методы изучения структуры кристаллов. [c.4]

Предлагаемая внямаяию читателя книга посвящена систематическому изложению геометрической теории дифракции (ГТД) — новому эффективному методу анализа и расчета распространения, излучения и рассеяния волновых полей. Эта теория использовала и обобщила наглядную и привычную систему образов и понятий геометрической оптики. Ее область применения весьма ширО Ка техника антенн и трактов СВЧ, миллиметрового и ин-фракрасных диапазонов, лазерная техника, а также проблемы распространения и рассеяния воли в неоднородных средах и на телах сложной формы. Хотя ГТД строится как асимптотическая теория, применимая в тех случаях, когда характерный размер задачи а много больше длины волны К, опыт расчетов по ГТД показывает, что она дает надежные результаты вплоть до значений а порядка К. Таким образом, ее область применимости примыкает к области применимости другой предельной теории — длинноволнового приближения. Методы ГТД обобщают широко известные методы физической оптики (апертурный метод, приближение Кирхгофа) и естественно смыкаются с ними. Они обеспечивают точность, сравнимую и (для малых дли волн) превосходящую точность, достигаемую численными методами ( апример, методом интегральных уравнений). [c.3]

В настоящей главе мы приведем сведения о постановке"и решении некоторых классических дифракционных задач. В частности, будет рассмотрен метод физической оптики, или цриближение Кирхгофа, применительно к дифракции на отверстиях и на конечных экранах и препятствиях. Определенное внимание- мы уделим [c.64]

Книга представляет собой монографию, написанную по результатам работ автора. В ней исследуется дифракция плоских электромагнитных волн на идеально проводящих телах, поверхность которых имеет изломы. Линейные размеры тел предполагаются большими по сравиеиию с длиной волны. Развитый в книге метод учитывает возмущение поля вблизи излома поверхности и позволяет существеиио уточнить приближения геометрической и физической оптики. Найдены выражения для рассеянного поля в дальней зоне. Выполнен численный расчет характеристик рассеяния и проведено их сравнение с результатами строгой теории и с экспери-меито.м. [c.2]

Здесь можно рассчитывать на выявление новых данных относительно особенностей воспроизведения фазы спеклограммами, регистрируемыми в разных областях объектного поля, в частности применительно к обращению волнового фронта, а также относительно свойств диффузно рассеянных волн, формируемых в высших максимумах дифракции применительно к интерференционным измерениям. Интересные результаты может дать дальнейшее исследование процессов пространственной фильтрации в голографии и оптике спеклов применительно к разделению информации о различных составляющих сложного перемещения объекта, а также развитию методов обработки информации и анализа структуры поверхности. Все зто должно привести к более глубокому осмыслению физической общности голографической и спекл41нтерферометрии, уточнению их метрологичес-юсх возможностей. Углублению представлений о физическом механизме голографической интерферометрии, безусловно, будет способствовать изучение тонкой структуры спеклчюлей и ее роли в изменениях видности голографических интерферограмм. [c.217]

Если размеры рассеивателя велики по сравнению с длиной волны, то мы находимся в области, близкой к геометрической оптике. Но прежде чем переходить к общему рассмотрению этой переходной области, остановимся сначала на одном физически возможном случае, когда наряду с условием, указанным выше, выполняется неравенство п— 1 <С 1. Так как при малых длинах волн (большие рассеиватели) рассеяние происходит преимущественно вперед, то мы в основном должны иметь дело с малыми углами рассеяния. Цель настоящего рассмотрения состоит в том, чтобы получить несколько улучшенные результаты для дифракции Фраунгофера. Метод, основанный на предельном переходе от точного решения Ми, будет рассмотрен в следующем параграфе. Здесь будет изложен приближенный метод, предложенный Хюльстом. [c.71]

Наиболее важным результатом мы обязаны Францу (1954). Его работа является непосредственны.м продолжением исследования Ван дер Поля и Бреммера с одним существенным улучшением. Интеграл по п, полученный с помощью строгих преобразований из ряда с членами, зависящими от целого индекса п, преобразуется в ряд по вычета1М не сразу, а после предварительного разделения его на две части. Одну часть оставляют в виде интеграла по п она соответствует асимптотически для больших х значению, получаемому из геометрической оптики. Вторая часть преобразуется в ряд по вычетам и физически связана с поверхностными волнами, рассматриваемыми в разд. 17.3—17.5. Преимущество этого разделения состоит не только в том, что проще усматривается согласие с результатами, получаемыми из геометрической оптики, но также н в том, что остающиеся ряды вычетов оказываются быстро сходящимися. Статья Франца (1954) содержит все подробности этого метода в приложении к полностью отражающим цилиндрам и шарам для акустического случая. Бекман и Франц энергично взялись за проблему оптической дифракции на шарах и цилиндрах из произвольного вещества. Окончательные результаты этого исследования ожидаются с большим интересом. [c.254]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...