Analysis of numerical diffraction calculation methods: from the perspective of phase space optics and the sampling theorem

衍射 菲涅耳衍射 光学相空间 傅里叶变换 物理光学 光学 脉冲响应 奈奎斯特-香农抽样定理 傅里叶光学 菲涅耳方程 采样(信号处理) 计算机科学 数学 物理 数学分析 折射率 相干态 探测器 量子 压缩相干态 量子力学
作者
Wenhui Zhang,Hao Zhang,Colin J. R. Sheppard,Guofan Jin
出处
期刊:Journal of the Optical Society of America [The Optical Society]
卷期号:37 (11): 1748-1748 被引量:26
标识
DOI:10.1364/josaa.401908
摘要

Diffraction calculations are widely used in applications that require numerical simulation of optical wave propagation. Different numerical diffraction calculation methods have their own transform and sampling properties. In this study, we provide a unified analysis where five popular fast diffraction calculation methods are analyzed from the perspective of phase space optics and the sampling theorem: single fast Fourier transform-based Fresnel transform, Fresnel transfer function approach, Fresnel impulse response approach, angular spectrum method, and Rayleigh–Sommerfeld convolution. The evolutions of an input signal’s space-bandwidth product (SBP) during wave propagation are illustrated with the help of a phase space diagram (PSD) and an ABCD matrix. It is demonstrated that all of the above methods cannot make full use of the SBP of the input signal after diffraction; and some transform properties have been ignored. Each method has its own restrictions and applicable range. The reason why different methods have different applicable ranges is explained with physical models. After comprehensively studying and comparing the effect on the SBP and sampling properties of these methods, suggestions are given for choosing the proper method for different applications and overcoming the restrictions of corresponding methods. The PSD and ABCD matrix are used to illustrate the properties of these methods intuitively. Numerical results are presented to verify the analysis, and potential ways to develop new diffraction calculation methods are also discussed.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
小二郎应助林夕采纳,获得10
1秒前
HaHa007应助A哇咔咔咔采纳,获得10
1秒前
2秒前
2秒前
Singularity应助lili采纳,获得20
2秒前
3秒前
3秒前
haosu应助shelemi采纳,获得50
3秒前
丽丽应助shelemi采纳,获得50
3秒前
4秒前
苹果初雪完成签到,获得积分10
4秒前
SQDHZJ发布了新的文献求助10
5秒前
归尘发布了新的文献求助10
5秒前
不敢装睡发布了新的文献求助30
6秒前
FFF发布了新的文献求助10
6秒前
lz不熬夜发布了新的文献求助10
6秒前
乐乐应助1234采纳,获得10
7秒前
7秒前
7秒前
淡淡绮琴发布了新的文献求助10
8秒前
wangtieling发布了新的文献求助10
8秒前
ZHIXIANGWENG发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
VVV发布了新的文献求助10
10秒前
李健的小迷弟应助sunshine采纳,获得10
10秒前
10秒前
YwYzzZ发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
12秒前
Serendipity发布了新的文献求助10
13秒前
bs完成签到,获得积分20
14秒前
科研小白发布了新的文献求助20
14秒前
灰太狼大王完成签到 ,获得积分10
15秒前
风过大泽发布了新的文献求助10
15秒前
思源发布了新的文献求助10
15秒前
善学以致用应助瞿选葵采纳,获得10
15秒前
butterfly完成签到,获得积分10
16秒前
淡淡绮琴完成签到,获得积分10
16秒前
万事无忧完成签到,获得积分20
16秒前
16秒前
高分求助中
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 2500
Востребованный временем 2500
Agaricales of New Zealand 1: Pluteaceae - Entolomataceae 1040
지식생태학: 생태학, 죽은 지식을 깨우다 600
海南省蛇咬伤流行病学特征与预后影响因素分析 500
Neuromuscular and Electrodiagnostic Medicine Board Review 500
ランス多機能化技術による溶鋼脱ガス処理の高効率化の研究 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 材料科学 生物 工程类 有机化学 生物化学 纳米技术 内科学 物理 化学工程 计算机科学 复合材料 基因 遗传学 物理化学 催化作用 细胞生物学 免疫学 电极
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3461806
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3055500
关于积分的说明 9048149
捐赠科研通 2745215
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1506088
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 695974
邀请新用户注册赠送积分活动 695472