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菲涅耳衍射

指数 菲涅耳衍射

在光學裏,菲涅耳衍射(Fresnel diffraction)指的是光波在近場區域的衍射。菲涅耳衍射積分式可以用來計算光波在近場區域的傳播,因法國物理學者奥古斯丁·菲涅耳而命名,是基爾霍夫衍射公式的近似。 從每一個光學系統特徵的菲涅耳數,可以辨別光波傳播的區域是近場還是遠場。設想光波入射於任意孔徑,對於這光學系統,菲涅耳數定義為 其中,a 是孔徑的尺寸,L 是孔徑與觀察屏之間的距離,\lambda 是入射波的波長。 假若 F \gtrsim 1 ,則衍射波是處於近場,可以使用菲涅耳衍射積分式來計算其物理性質。.

26 关系: 基爾霍夫積分定理基爾霍夫衍射公式原子反射鏡卷积古斯塔夫·基爾霍夫夫琅禾费衍射奥古斯丁·菲涅耳不變量亥姆霍兹方程光学算子線性系統線性標準轉換物理评论快报隆梅尔函数菲涅耳積分菲涅耳數衍射贝塞尔函数輻照度泊松光斑波长法线惠更斯-菲涅耳原理數值分析

基爾霍夫積分定理

基爾霍夫積分定理(Kirchhoff integral theorem)表明,假設點P在閉合曲面\mathbb之外,只考慮單色波,則位於點P的波擾\psi(\mathbf),可以以位於閉合曲面\mathbb的所有波擾與其梯度表達為 \left \cdot\,\mathrm\mathbf' , 或者 \left \,\mathrmS' ; 其中,\mathbf.

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基爾霍夫衍射公式

在光學裏,菲涅耳-基爾霍夫衍射公式(Fresnel-Kirchoff's diffraction formula)可以應用於光波傳播的理論分析模型或數值分析模型。M.

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原子反射鏡

原子反射鏡是指一種可以反射中性原子的物體,像是鏡子反射光線一樣。原子反射鏡可能是電場、磁場、電磁波甚至是矽晶片。而這個概念是由量子反射而來。 Category:原子分子与光物理学.

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卷积

在泛函分析中,捲積、疊積、--積或旋積,是通过两个函数f和g生成第三个函数的一种数学算子,表徵函数f与经过翻转和平移的g的乘積函數所圍成的曲邊梯形的面積。如果将参加卷积的一个函数看作区间的指示函数,卷积还可以被看作是“滑動平均”的推广。.

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古斯塔夫·基爾霍夫

古斯塔夫·罗伯特·克希荷夫(Gustav Robert Kirchhoff,),德国物理学家。在电路、光谱学的基本原理(两个领域中各有根据其名字命名的克希荷夫定律)有重要贡献,1862年创造了“黑体”一词。1847年发表的两个电路定律发展了欧姆定律,对电路理论有重大作用。1859年制成分光仪,并与化学家罗伯特·威廉·本生一同创立光谱化学分析法,从而发现了铯和铷两种元素。同年还提出热辐射中的基尔霍夫辐射定律,这是辐射理论的重要基础。.

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夫琅禾费衍射

在光學上,夫琅禾费衍射(以约瑟夫·冯·夫琅和费命名),又稱遠場衍射,是波動衍射的一種,在場波通過圓孔或狹縫時發生,導致觀測到的成像大小有所改變Hecht, E. (1987), p396 -- Definition of Fraunhofer diffraction and explanation of forms.

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奥古斯丁·菲涅耳

奥古斯丁·菲涅耳(Augustin Fresnel,),法国物理学家,波动光学理论的主要创建者之一。菲涅耳专门对光的屬性做理论与实验研究。.

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不變量

假若,在某種變換下,一個系統的某物理量保持不變,則稱此物理量為不變量(invariant)。例如,在伽利略變換下,時間是個不變量;在勞侖茲變換下,光速、靜質量、電荷量等等,都是不變量。這類變換表達出不同觀察者的參考系之間的關係。例如,在火車站台的查票員的參考系,與在移動中的火車內的乘客的參考系,這兩個參考系之間的關係。 假若,在某種變換下,一個系統的某物理性質保持不變,則稱此物理性質為不變性(invariance)。例如,在內積空間內,對於任意旋轉,向量的內積保持不變,稱此性質為旋轉不變性。 根據諾特定理,對於一種變換,每一種不變性代表一條基本的守恆定律。例如,對於平移變換的不變性導致動量守恆定律,對於的不變性導致能量守恆定律。 在現代理論物理裏,不變性是很重要的概念。許多理論是由對稱性與不變性表達。 在張量數學裏,協變性與反變性是不變性的數學性質的推廣。在電磁學和相對論裏,時常會應用到這些概念。.

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亥姆霍兹方程

亥姆霍兹方程(Helmholtz equation)是一個描述电磁波的椭圆偏微分方程,以德国物理学家亥姆霍兹的名字命名。其基本形式如下: 其中 ∇2 是拉普拉斯算子,k 是波數,A 是振幅。.

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光通常指的是人類眼睛可以見的電磁波(可見光),視知覺就是對於可見光的知覺。可見光只是電磁波譜上的某一段頻譜,一般是定義為波長介於400至700奈(纳)米(nm)之間的電磁波,也就是波長比紫外線長,比紅外線短的電磁波。有些資料來源定義的可見光的波長範圍也有不同,較窄的有介於420至680nm,較寬的有介於380至800nm。 而有些非可見光也可以被稱為光,如紫外光、紅外光、x光。 光既是一种高频的电磁波,又是一種由称為光子的基本粒子組成的粒子流。因此光同时具有粒子性与波动性,或者说光具有“波粒二象性”。.

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光学

光學(Optics),是物理學的分支,主要是研究光的現象、性質與應用,包括光與物質之間的相互作用、光學儀器的製作。光學通常研究紅外線、紫外線及可見光的物理行為。因為光是電磁波,其它形式的電磁輻射,例如X射線、微波、電磁輻射及無線電波等等也具有類似光的特性。英文術語「optics」源自古希臘字「ὀπτική」,意為名詞「看見」、「視見」。 大多數常見的光學現象都可以用古典電动力學理論來說明。但是,通常這全套理論很難實際應用,必需先假定簡單模型。幾何光學的模型最為容易使用。它試圖將光當作射線(光線),能夠直線移動,並且在遇到不同介質時會改變方向;它能夠解釋像直線傳播、反射、折射等等很多光線現象。物理光學的模型比較精密,它把光當作是傳播於介質的波動(光波)。除了反射、折射以外,它還能夠以波性質來解釋向前傳播、干涉、偏振等等光學現象。幾何光學不能解釋這些比較複雜的光學現象。在歷史上,光的射線模形首先被發展完善,然後才是光的波動模形.

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算子

算子(Operator)是从一个向量空间(或模)到另一个向量空间(或模)的映射。 算子对于线性代数和泛函分析都至关重要,它在纯数学和应用数学的许多其他领域中都有应用。 例如,在经典力学中,导数的使用无处不在,而在量子力学中,可观察量由埃尔米特算子表示。 各种算子可以具有包括线性、连续性和有界性等的重要性质。.

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線性系統

線性系統是一數學模型,是指用線性運算子組成的系統。相較於非線性系統,線性系統的特性比較簡單。例如以下的系統即為一線性系統: 由於線性系統較容易處理,許多時候會將系統理想化或簡化為線性系統。線性系統常應用在自動控制理論、信號處理及電信上。像無線通訊訊號在介質中的傳播就可以用線性系統來模擬。 線性系統需滿足線性的特性,若線性系統還滿足非時變性(即系統的輸入信號若延遲τ秒,那麼得到的輸出除了這τ秒延時以外是完全相同的),則稱為線性時不變系統。.

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線性標準轉換

在數學的文獻中,線性標準轉換(linear canonical transform, LCT)也稱作"ABCD轉換。在漢米爾頓力學中,線性標準轉換是積分變換的一個代表家族,並且能夠將許多經典的轉換進行廣義化,例如傅立葉變換、分數傅立葉變換、拉普拉斯變換、菲涅爾轉換(Fresnel transform,電磁波在空氣中傳播)、高斯-魏爾斯特拉斯轉換、包格曼轉換等等等。此轉換提供了這些最常使用的線性轉換一個統一框架,並且在光學、信號轉換以及系統響應領域中都提供一般化的概念。尤其從系統工程的角度看來,線性標準轉換提供一個強大的光學系統設計和分析的工具。 此轉換有四維變數的線性積分轉換和一個限制條件,因此實際上是一個三維自由度的積分變換的家族。 在群論中,線性標準轉換屬於特殊線性群(SR(2))在時頻域上的一個作用群。.

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物理评论快报

物理评论快报(Physical Review Letters ,有时缩写为PRL),也译作物理报导期刊、物理評論快訊,是一本声誉卓著的物理学期刊,自1958年起开始由美国物理学会出版。该刊是从物理评论延伸出来的刊物。 物理评论快报限定于短篇的文章,也称为报导(Letters)或快报、快訊,一篇文章最多只有4到5页长而已。.

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隆梅尔函数

隆梅尔函数是下列隆梅尔方程的两类解: 1880年数学家首先给出隆梅尔方程的两个解,称为隆梅尔函数: \left(J_\nu(z)-\cos(\pi(\mu-\nu)/2)Y_\nu(z)\right) 其中 Jν(z) 是第一类贝塞尔函数, Yν(z) 是第二类贝塞尔函数。.

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菲涅耳積分

菲涅耳積分,常被寫作 S(x)和C(x)。以奧古斯丁·菲涅耳為名。.

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菲涅耳數

在光學裏,菲涅耳數(Fresnel number)是一個時常出現於衍射理論的無量綱量。菲涅耳數是因法國物理學者奧古斯丁·菲涅耳而命名。 假設,從光波源發射出的光波,照射於具有一個孔徑的不透明擋板。在擋板的後面,設有展示干涉圖樣的觀察屏。對於這光學系統,菲涅耳數 F 定義為 其中,a 是孔徑的尺寸(例如半徑),L 是孔徑與觀察屏之間的距離,\lambda 是入射光波的波長。 依照 F 數值的不同,衍射理論可以分為兩種特別案例:.

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衍射

--(diffraction),又稱--,是指波遇到障碍物时偏离原来直线传播的物理现象。 在古典物理学中,波在穿过狭缝、小孔或圆盘之类的障碍物后會发生不同程度的弯散传播。假設將一个障碍物置放在光源和观察屏之间,則會有光亮区域與陰暗区域出現於观察屏,而且這些区域的边界並不銳利,是一种明暗相间的复杂图样。這现象称为衍射,當波在其传播路径上遇到障碍物时,都有可能發生这种现象。除此之外,当光波穿过折射率不均匀的介质时,或当声波穿过声阻抗不均匀的介质时,也会发生类似的效应。在一定条件下,不仅水波、光波能够产生肉眼可见的衍射现象,其他类型的电磁波(例如X射线和无线电波等)也能够发生衍射。由於原子尺度的實際物體具有類似波的性質,它們也會表现出衍射现象,可以通过量子力学进行研究其性质。 在適當情况下,任何波都具有衍射的固有性质。然而,不同情况中波发生衍射的程度有所不同。如果障碍物具有多个密集分布的孔隙,就会造成较为复杂的衍射强度分布图样。这是因為波的不同部分以不同的路径传播到观察者的位置,发生波叠加而形成的現象。 衍射的形式論还可以用來描述有限波(量度為有限尺寸的波)在自由空间的传播情况。例如,激光束的發散性質、雷达天线的波束形状以及超声波传感器的视野范围都可以利用衍射方程来加以分析。.

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贝塞尔函数

貝索函数(Bessel functions),是数学上的一类特殊函数的总称。通常单说的貝索函数指第一类貝索函数(Bessel function of the first kind)。一般貝索函数是下列常微分方程(一般称为貝索方程)的标准解函数y(x): 这类方程的解是无法用初等函数系统地表示。 由於貝索微分方程是二階常微分方程,需要由兩個獨立的函數來表示其标准解函数。典型的是使用第一类貝索函数和第二类貝索函数來表示标准解函数: 注意,由於 Y_\alpha(x) 在 x.

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輻照度

在光學裏,輻照度(irradiance)是電磁輻射入射於曲面時每單位面積的功率。輻射出射度(radiant emittance,radiant exitance)是從曲面輻射出的功率每單位面積。採用國際單位制,這些物理量的單位為瓦特每平方米(W/m2),採用CGS單位制,這些物理量的單位為爾格每平方厘米每秒(erg·cm−2·s−1,常用於天文學)。 物理学中,代表单位面积功率的物理量常被稱為強度,但這用法會與輻射強度(单位立体角内的辐射通量)引起混淆。特别在光学和激光物理学中,辐照度也被叫做光强。 輻照度表示各種頻率輻射的總量。物理學者時常也會分開檢驗輻射頻譜的每一單獨頻率。假設對於入射於曲面的輻射做這動作,則稱這輻射為光譜輻照度(spectral irradiance),國際單位制的單位為W/m2。 假設一個點光源均勻地朝著所有方向傳播光波,則輻照度按照平方反比定律遞減。.

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泊松光斑

泊松光斑,也称阿拉戈光斑。是一种由于光的衍射而产生的一种光学现象。 在满足菲涅耳數的情况下: 其中 当单色光照射在一定尺寸的小圆板或圆珠时,会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹,并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑,这个亮斑就被称为泊松亮斑。这个亮斑的出现是对光的波动性的一个很好的证明。 有趣的是,虽然这个现象是由最早计算得到它的法国物理学家西莫恩·泊松命名,但泊松却是企图利用“中心点的光穿过障碍物到达光屏”这个与常识相违背的结论来推翻光的波动说。 除光外,在其他物质流的衍射现象中也能发现泊松亮斑的存在。.

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波长

波长是一個物理學的名詞,指在某一固定的頻率裡,沿着波的传播方向、在波的图形中,離平衡位置的「位移」與「時間」皆相同的两个质点之间的最短距离。在物理學,波長普遍使用希臘字母λ來表示。.

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法线

三维平面的法线是垂直于该平面的三维向量。曲面在某点P处的法线为垂直于该点切平面(tangent plane)的向量。 法線是与多边形(polygon)的曲面垂直的理論線,一個平面(plane)存在無限個法向量(normal vector)。在電腦圖學(computer graphics)的領域裡,法線決定著曲面與光源(light source)的浓淡处理(Flat Shading),对于每个点光源位置,其亮度取决于曲面法线的方向。.

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惠更斯-菲涅耳原理

惠更斯-菲涅耳原理(Huygens–Fresnel principle)是研究波传播问题的一种分析方法,因荷蘭物理學者克里斯蒂安·惠更斯和法国物理学者奥古斯丁·菲涅耳而命名。這个原理同时适用于远场极限和近场衍射。 惠更斯-菲涅耳原理能夠正確地解釋與計算波的傳播。基爾霍夫衍射公式給衍射提供了一個嚴格的數學基礎,這基礎是建立於波動方程式和格林第二恒等式。從基爾霍夫衍射公式,可以推導出惠更斯-菲涅耳原理。菲涅耳在惠更斯-菲涅耳原理裏憑空提出的假定,在這推導過程中,會自然地表現出來。 舉一個簡單例子來解釋這原理。假设有两个相邻房间A、B,这两个房间之間有一扇敞开的房门。当声音从房间A的角落裏发出时,则处於房间B的人所听到的这声音有如是位於门口的波源传播而来的。對於房间B的人而言,位於门口的空气振动是声音的波源。 光波对於狹縫或孔徑的衍射也可以用這方式處理,但直观上并不明显,因为可见光的波长很短,因此很难观测到这种效应。.

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數值分析

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