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  • 學位論文

波長尺度小孔徑純量繞射模擬

指導教授 : 劉威志
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摘要


本篇研究特點 在遠場光學的範圍下(距離遠大於一個波長)觀察物體時,無法避免光的波動性質所造成的干涉與繞射效應,僅能獲得大約一個波長的空間解析度,此種現象稱為「繞射極限」(diffraction limit);而在近場光學中(距離遠小於一個波長)作光學偵測,可以避免掉光波動性質的呈現與干擾,其空間的解析度可以達到十分之一波長以下。本篇研究嘗試在波長尺度範圍,以純量繞射理論作小孔徑的繞射模擬,試圖找出其空間的解析度是否可以超越繞射極限。因此,本篇研究具有以下幾點重要特性: (1)本篇研究是波長尺度範圍的繞射模擬,介於遠場光學和近場光學領域之間,是以往研究較少涉及的部分。 (2)本篇研究提供了三種不同提高解析度的方法,即最佳同相(optimal equal phase)繞射、Fresnel zones奇數區域聚焦概念,以及這兩種方式的綜合運用等。 (3)本篇研究將上述提高解析度的方法,應用在光纖的傳輸上,並在光纖的出口位置放置一聚焦的透鏡(fiber-lens),以及比較光纖的單模態(single-mode)和平面波的繞射。 本篇研究大綱 本研究共分為五章: 第1章將對整個純量繞射理論作一概括性的描述,在本章可以見到三種純量繞射理論,即Fraunhofer diffraction、Fresnel diffraction以及Fresnel-Kirchhoff diffraction的區別,其中以Fresnel-Kirchhoff diffraction作為後面四章的計算依據。 第2章是由實驗中的雷射照射到細線的繞射,而觀察到中央亮紋的範圍內出現兩條暗紋現象,我們由Fresnel-Kirchhoff diffraction formula模擬雷射對細線與雷射對狹縫繞射的比較,並可藉此檢驗本篇研究計算所使用的程式是否正確。 第3章是本研究主題的開端,模擬平面波對半徑1 的小孔繞射,得到其繞射的中央強度與繞射圖的半高全寬,並由聚焦原理計算出最佳同相繞射的中央強度和半高全寬有何改變,且由此設計出最佳同相繞射透鏡的外觀。 第4章是描述Fresnel zones奇數區域聚焦概念,並利用此一概念與第3章的最佳同相繞射概念結合,以減少因透鏡厚度問題所帶來的影響。 第5章是有關單模態光纖的高斯光束的繞射問題,與平面波繞射作normalize之後的比較,以及第3、4兩章所述的聚焦方法應用到光纖上所產生的變化。

參考文獻


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被引用紀錄


張皓淳(2009)。鐵超薄膜在白金(111)面的相轉變與曝氧研究〔碩士論文,國立臺灣師範大學〕。華藝線上圖書館。https://www.airitilibrary.com/Article/Detail?DocID=U0021-1610201315170791
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