光學(xué)巴比涅原理及應(yīng)用

本文介紹了光學(xué)巴比涅原理，以及光學(xué)巴比涅原理的用處。

巴比涅原理Babinet’s Principle

巴比涅原理???，也譯作巴俾涅原理，指在點(diǎn)光源照射下，一個(gè)不透光物體產(chǎn)生的衍射圖樣和一個(gè)帶有與該物體形狀、大小完全相同的孔的衍射屏產(chǎn)生的衍射圖樣完全相同。巴比涅原理大多用在光學(xué)，但它對其它形式的電磁輻射也是正確的。事實(shí)上，它是所有波衍射的一般原理，都是正確的。巴比涅原理的最常用地方是它能覺察尺寸和形狀的等價(jià)。 數(shù)學(xué)公式 巴比涅原理可以用場等效原理的概念在數(shù)學(xué)上表述。如果和是由于不透明屏幕中的孔徑而在一點(diǎn)上產(chǎn)生的電場和磁場，并且和是因?yàn)橥该髌聊恢械牟煌该鲗ο蠖谕稽c(diǎn)上形成的場，則Babinet原理指出： ? ? 和 ?

其中和是入射電場和磁場。 ? 取它們與各自復(fù)數(shù)共軛的乘積，則得 ? ??? I1=I2 ?

在衍射光柵和天線中的應(yīng)用

巴比涅原理在衍射光柵和天線的設(shè)計(jì)和分析中特別有用。該原理可用于關(guān)聯(lián)互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的衍射圖案，從而大大簡化計(jì)算。例如，計(jì)算狹縫（開口）的衍射圖案通常比計(jì)算形狀相同的金屬絲（障礙物）更簡單。利用巴比涅原理，可以通過更簡單的計(jì)算來確定金屬絲的衍射圖案。

巴比涅原理的局限性

巴比涅的原理是一種近似，它假設(shè)屏幕是無限薄的，并忽略了屏幕的任何邊緣效應(yīng)。同樣重要的是要注意，該原理特別適用于遠(yuǎn)離屏幕的空間區(qū)域，在那里可以觀察到衍射場。它不提供任何關(guān)于屏幕本身附近字段的信息。

結(jié)論 巴比涅原理為解決和理解波動(dòng)光學(xué)和電磁學(xué)中的各種問題提供了一種強(qiáng)大的方法。盡管有其局限性，但它仍然是光學(xué)物理領(lǐng)域的基石，并在天線設(shè)計(jì)、超材料和納米光子學(xué)等領(lǐng)域繼續(xù)得到廣泛應(yīng)用。

審核編輯：黃飛