Optique physique classique
FRED utilise «Gaussian Beam Decomposition» pour propager des champs cohérents à travers des systèmes optomécaniques. Cette méthode très rapide et efficace peut être utilisée pour modéliser avec précision une grande variété d'optiques physiques.
La «décomposition du faisceau gaussien» comprend trois étapes:
Les étapes ci-dessus se produisent de manière transparente pour l'utilisateur et des phénomènes tels que la diffraction et l'interférence sont inclus de manière inhérente dans l'algorithme, ce qui en fait une technique flexible et facile à utiliser.
Cet article illustre l'utilisation de FRED pour modéliser certains cas classiques bien connus.
Diffraction de Fraunhofer
Le modèle pour calculer la diffraction de Fraunhofer est très simple et ne nécessite qu'une source avec la forme d'ouverture souhaitée et une surface d'analyse située dans le champ lointain.
Le motif Airy et le motif de diffraction Sinc2 Fraunhofer bidimensionnel d'une ouverture circulaire et carrée respectivement sont représentés dans les images ci-dessous.
Ces modèles ont été calculés en utilisant une source avec une semi-ouverture de 20 mm à une longueur d'onde de 500 nm, avec une surface d'analyse à 2,5 km.
Diffraction de Fresnel
Les diagrammes de diffraction de Fresnel sont des diagrammes de diffraction de Fraunhofer défocalisés. L'image ci-dessous montre les fonctions d'étalement de points (PSF) de chaque côté de la mise au point d'un système d'imagerie non aberré avec une ouverture circulaire.
Cette série de calculs a été automatisée en utilisant la capacité de script intégrée de FRED pour déplacer la surface d'analyse par incréments et calculer l'irradiance. Les motifs de diffraction de Fresnel sont des motifs Airy défocalisés.
Spot d'Arago (Spot de Poisson)
Dans FRED, un obscurcissement circulaire de 2 mm de diamètre est placé devant une source de 0,6328um d'une ouverture circulaire de 8 mm de diamètre.
En plaçant une surface d'analyse à une distance de 400 mm de l'ouverture, nous pouvons observer le spot d'Arago au centre de l'ombre de l'obscurcissement.
Les fentes de Young
Les fentes de Young peuvent être modélisées très simplement en plaçant deux sources ponctuelles cohérentes de même longueur d'onde à l'emplacement de chaque ouverture.
L'image suivante est pour une longueur d'onde de 0,5 um, pour deux fentes séparées de 0,5 mm, avec la distance au plan d'observation de 1000 mm. Nous pouvons calculer le diagramme de franges d'interférence sinusoïdale stationnaire.
Anneaux de Newton
Les anneaux de Newton sont observés lorsqu'une surface optique sphérique à long rayon est placée sur une plaque de test optiquement plate créant un motif d'interférence et le profil d'irradiance à travers le centre du motif.
Le centre du motif d'interférence est sombre plutôt que brillant car la réflexion de l'interface verre / air est associée à un changement de phase pi / 2, mais pas la réflexion de l'interface air / verre ultérieure.
Angle de Brewster
L'angle de Brewster est l'angle d'incidence unique pour lequel le faisceau réfléchi est complètement polarisé linéairement. L'image ci-dessous montre la réflexion des polarisations s et p à partir d'une surface planaire air / N-BK7. Notez qu'il n'y a pas de composante polarisée p pour la lumière (longueur d'onde de 0,6328um) lorsqu'elle est incidente à environ 56,5 degrés.
Résumé
La décomposition du faisceau gaussien de FRED est une méthode flexible pour modéliser une variété de phénomènes d'optique physique. D'autres exemples pourraient inclure le principe de Babinet, l'effet Talbot, la réflexion interne totale frustrée, le speckle, la propagation d'impulsions, l'efficacité du couplage de la fibre optique, l'interférométrie en lumière blanche, la croix de Malte, la cohérence partielle, entre autres.
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