Difrakce na prostorových a/nebo hlubokých objektech

Abstract

Práce je věnována teoretickému studiu průchodu záření difrakčním stínítkem, jehož rozměr ve směru šíření záření je nenulový, tedy průchod záření trojrozměrným otvorem. Bez újmy na obecnosti řešíme problém pouze pro případ válcové dutiny v kovu. Problém evidentně přesahuje standardní skalární teorii difrakce a k jeho řešení přistupujeme pomocí vlnovodné teorie. Na základě principů elektromagnetické teorie nejdříve odvodíme potřebné vztahy pro určení modů na vstupu dutiny. Dále numericky řešíme vlastní šíření záření dutinou, resp. hledáme rozložení záření na konci dutiny. Z toho pomocí diskrétní Fourierovy transformace určíme hledanou intenzitu Fraunhoferovy difrakce, kterou následně porovnáváme s rozložením intenzity záření Fraunhoferovy difrakce na nekonečně tenkém kruhovém otvoru o poloměru zmiňované dutiny. Tímto porovnáním ukážeme, že délka dutiny má zásadní vliv na difrakční obrazec, čímž zároveň ukážeme, že skalární difrakční teorie přestává platit pro popis průchodu koherentního záření dutinami s délkou úměrnou čtverci poloměru. Podobně pro platnost skalární teorie platí nepřímá úměra na vlnové délce interagujícího záření. Na závěr zmíníme existenci tzv. fokusačního režimu, kdy shledáme, že na konci dutiny dochází s rostoucí délkou dutiny k opakovanému přibližně řádovému nárustu intenzity záření na ose symetrie dutiny.

This discourse deals with a theoretical study of the radiation passage through a diffraction screen with non-zero size in the propagation direction of the radiation, i.e. the radiation passage through a three-dimensional object. Without any loss of generality, we solve the problem for cylindrical cavity in metal. The task exceeds evidently standard scalar theory of diffraction, thus we solve the problem using a waveguiding theory. Following the principles of the electromagnetic theory, we derive required formulae to determine mode distribution at the entry of the cavity. Further, we solve numerically the radiation propagation through the cavity, then we actually seek for radiation distribution at the very end of the cavity. This yields, with a help of the discrete Fourier transform, an intensity distribution of Fraunhofer diffraction pattern, consequently compared with an intesity distribution of the radiation pattern of Fraunhofer diffraction on infinitely thin circular opening having the radius of the cylinder cavity under study. A comparison of such patterns results to a conclusion, that the cavity length has a significatn influence on the diffraction pattern and more importantly, that the scalar diffraction theory appears incorrect for a coherent light passage through cavities longer than their radius squared. Similarly, the same conclusion is inversely proportional to a wavelength of the interacting radiation. Finally, we mention an existence of the so called "focal regime", when the radiation repeatedly exhibits roughly one order increased intensity on the symmetry axis of the cavity.