菲涅耳波帶片

菲涅耳波帶片

由於入射光是平面光,所以波帶片可是做成平面型的。 對平行光,波帶片為平面的。 當波帶片不變時,r0改變,會引起k的改變,即可劃分的半波帶數目改變。

波帶片由透明和不透明圓環交替組成,用以阻檔菲涅耳半波帶(見菲涅耳衍射)中的奇書帶或偶數帶。在點光源照明下,經它能獲得高強度的像點。波帶片的衍射特徵給人們許多深刻的啟示。

菲涅耳衍射(圓孔、圓屏)

圓孔衍射:屏上可見同心圓環,屏沿軸向移動,圓環中心明暗交替變化。
圓屏衍射:屏上可見同心圓環,屏沿軸向移動,圓環中心永遠是亮點。

波帶片

用半波帶將波面分割,然後只讓其中的基數(或偶數)半波帶透光,即製成半波帶。透過半波帶的光,在場點位相相同,振動方向相同,衍射後大大增強。由於入射光是平面光,所以波帶片可是做成平面型的。
一般情況下,可以認為前面幾個半波帶的傾斜因子相差不大,即滿足近軸條件,所以他們發出的次波的振幅近似相等。波帶片具有使光匯聚的作用。
任一波帶片,都只適用於一個波長焦距是固定的。對平行光,波帶片為平面的。
但除主焦點之外,還有許多次焦點
平行光入射,有,即在距離r0處,半徑為的帶是第k個半波帶。
當波帶片不變時,r0改變,會引起k的改變,即可劃分的半波帶數目改變。
r0減小,到r0/2時,k=2k,偶數個半波帶,暗點;
r0減小,到r0/3時,k=3k,其中兩兩相互抵消,只剩下1/3歌半波帶,是亮點,為次焦點;
r0減小,到r0/4時,k=4k,暗點……
有……,一系列次焦點。

經典的菲涅耳波帶片

菲涅耳波帶片經典的菲涅耳波帶片
經典的菲涅耳波帶片的製作目前可採用人工繪圖,再用照相機兩次精縮的方法完成,繪圖時波帶片的半徑按,k=1,2,3…比例刻劃,再將單數(或雙數)波帶塗黑,只讓雙數)或單數)波帶開放。當平行光照明這張平面波帶片時,在距離波帶片為,有一個主焦點(衍射聚焦),其光強可以是自由傳播光強的成百上千倍以上。例如一張波帶片開放底1,3,5,…19等十個單數帶,按半波帶法不難確定主焦點的振幅為[kg1]=A+A+…+Aij≈10A=20A,於是光強就是I的400倍。此外在A/3,A/5,…等處還有幾個次焦點,注意次焦點的衍射光強與主焦點相近,略有下降的原因是傾斜因子所致。更有趣的是,在實焦點的鏡像對稱位置上還有相應的若干虛焦點。當這張波帶片改用點光源照明時,聚焦點的位置也隨之改變,滿足關係,式中R、b分別是點源、焦點與波帶片的距離,這個公式可以稱為波帶片的類透鏡成像公式。由此可見,一張波帶片對波陣面的改造(變換)作用,相當於既有會聚透鏡的作用,又有發散透鏡的作用,其衍射場中的主要成分包括有一系列會聚的球面衍射波,和一系列發散的球面衍射波,當然還有沿入射方向照直前進的平面波(或直接投射波)成分。
波帶片與透鏡相比具有面積大、輕便、可摺疊等優點,特別適用於遠程通信、光測距和宇航技術中。波帶片的焦距隨波長的增加而縮短,這恰巧與玻璃透鏡的焦距色差相反,兩者配合使用有利於消色差。現在可以說,利用衍射規律有意改變波陣面,以造成人們所需要的衍射場,這在經典光學中菲涅耳波帶片是一傑作。它屬於振幅型黑白光學波帶片。波帶片的套用越益廣泛,設計和製備各種波帶片正發展為一種專門技術。

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