菲涅尔数(The Fresnel Number)
菲涅尔数是物理光学建模中很实用的概念。严格地说,菲涅尔数的定义仅适用于有限延展的无像差旋转对称光束。
然而,这个概念对于一些没有达到这一标准的情况也适用。菲涅尔数取决于光束的直径、波前相位的曲率半径,以及到期望的电场复振幅的观察点的距离。从概念上说,菲涅尔数是从光束中心到边缘的环形"菲涅尔区"的数量。菲涅尔区是从观察点看到的相位变化π的径向区域。
完美准直光束的菲涅尔数计算公式如下:
上式中Z大于A则可取近似值:
其中A是光束的径向尺寸,Z是从光束到观察点的距离。菲涅尔数随着Z值增大而减小。
非准直的光束,概念是相同的。若观察点在焦点附近时,汇聚光束的菲涅尔数将非常小。由于在焦面上没有相位到达π的区域,理想的球面光束汇聚点处的菲涅尔数为零。随着观察点离开焦面,菲涅尔数随之增加。
近场和远场(Near and Far Field)
如果菲涅尔数很小,小于1时,则光束在观察点处相对于当前光束被称为"远场"。如果菲涅尔数大于1,则光束在观察点处相对于当前光束被称为"近场"。
从光束的当前位置到计算菲涅尔数的观察点的传播时,考虑近场和远场是很重要的,而不是仅考虑光束的严格位置关系。例如,光束在光学系统出瞳处通常称为近场,因为远场位于焦点处。然而,如果散焦很小,从焦点到略微偏离焦点观察点的短传播可能是近场传播。
近场或者远场传播将决定衍射传播方法的选择。
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