پراش نور لیزر از روزنه دایره ای ایجاد شده در یک ورقه شفاف

محمودی, علی

doi:10.22055/jrmbs.2025.20192

پراش نور لیزر از روزنه دایره ای ایجاد شده در یک ورقه شفاف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسنده

علی محمودی

گروه فیزیک، دانشکده علوم پایه، دانشگاه قم، قم، ایران

10.22055/jrmbs.2025.20192

چکیده

در این مقاله به مساله پراش نور از یک روزنه دایره ای( پله فازی دایره ای) ایجاد شده در یک ورقه مسطح شفاف می پردازیم. توزیع دامنه نور پراشیده در صفحه ای با فاصله دلخواه از روزنه را به دست آورده و تغییر نیمرخ شدت پراشیده با افزایش فاصله را بررسی نموده ایم. تفاوت این نوع پراش با پراش نور از روزنه ایجاد شده در ورقه ای کدر شرح داده شده است. با روش خوردگی به وسیله اسید هیدروفلوریک روی شیشه، چند پله فازی دایره ای ساخته و طرح پراش نور لیزر هلیم-نئون از آنها ثبت و نتایج تجربی با محاسبات مقایسه و تطابق بسیار خوبی مشاهده گردید. یکی از جنبه های اهمیت این مساله این است که در روش های سنجش اندازه ذرات با پراش نور لیزر، ذرات به صورت قرص های جاذب نور فرض می شوند و حالت ذرات شفاف بررسی نشده است. همچنین در سامانه های تصویر برداری نوری، برای تعریف حد تفکیک سامانه ، محک ریلی با بهره بردن از نتایج نظریه پراش نور از اجسام جاذب تعریف می شود و برای بررسی حالت جسم شفاف (مانند اجزای سلول های زنده و ..) تا جایی که ما می دانیم گامی برداشته نشده است.

کلیدواژه‌ها

اپتیک موجی

پراش

پله فازی دایره ای

اندازه گیری نوری

موضوعات

اپتیک-لیزر

عنوان مقاله English

Diffraction of Laser light from a circular aperture in a transparent plate

نویسنده English

Ali Mahmoudi

Department of Physics, Faculty of Science, University of Qom, Qom, Iran

چکیده English

In this study, we investigate light diffraction from a circular phase step, which is a circular aperture created in a transparent plate. The distribution of the scattered light amplitude in a plane at an arbitrary distance is derived, and the change of the diffracted intensity profile with respect to propagation distance is investigated. The difference between this type of diffraction and the diffraction of light from an aperture in an opaque plate is also described. One of the important aspects of this problem is its relevance to particle sizing methods based on laser diffraction, which assume that particles are light-absorbing disks, while transparent particles have not yet been investigated. Furthermore, in optical imaging systems, Rayleigh's criterion is defined by using the results of light diffraction from absorbent bodies to determine the resolution limit. However, as far as we know, no study has been done to check the case of microscopic transparent bodies.

کلیدواژه‌ها English

Wave optics

Diffraction

Circular phase step

optical measurement

[1] J.W. Goodman, Introduction to Fourier optics, 3rd ed., Englewood, CO: Roberts & Co. Publishers, 2005.

[2] E. Hecht, Optics, Reading, Mass. Addison-Wesley, 2002.

[3] Z. Ma, H.G. Merkus, J.G.A.E de Smet, C. Heffels, B. Scarlett, New developments in particle characterization by laser diffraction: size and shape, Powder Technology, 111 (2000). 66-78. https://doi.org/10.1016/S00325910(00)00242-4

[4] L. Xu, T. Wei, J. Zhou, Z. Cao, Modified Landweber algorithm for robust particle sizing by using Fraunhofer diffraction, Appl. Opt. 53 (2014) 6185-6193. https://doi.org/10.1364/AO.53.006185

[5] J. Zhou, Z. Cao, H. Xie, L. Xu, Digital micro-mirror device-based detector for particle-sizing instruments via Fraunhofer diffraction, Appl. Opt. 54(2015) 5842-5849. https://doi.org/10.1364/AO.54.005842

[6]. H. Xie, L. Xu, H. Niu, Z. Cao, Particle sizing from Fraunhofer diffraction pattern using a digital micro-mirror device and a single photodiode, Powder Technol. 332 (2018) 351-358. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.04.007

[7] M.T. Tavassoly, M. Amiri, Fresnel diffraction from 1D and 2D phase steps in reflection and transmission modes, Opt. Commun. 272 (2007) 349-361. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2006.11.048

[8] H. Salvdari, M.T. Tavassoly, S.R. Hosseini, Fresnel diffraction from a step in the general case, J. Opt. Soc. Am. A 34 (2017) 674-680. https://doi.org/10.1364/JOSAA.34.000674

[9]. M.T. Tavassoly, R. Rezvani-Naraghi, A. Nahal, K. Hassani, High precision refractometry based on Fresnel diffraction from phase plates. Opt. Lett. 37(9) (2012) 1493-1495. https://doi.org/10.1364/OL.37.001493

[10] A.A. Khorshad, K. Hassani, M.T. Tavassoly, Nanometer displacement measurement using Fresnel diffraction, Appl. Opt. 51 (2012) 5066-5072. https://doi.org/10.1364/AO.51.005066

[11]. M.T. Tavassoly, M. Amiri, A. Darudi., R. Aalipour, A. Saber, A.R. Moradi, Optical diffractometry, Journal of the Optical Society of America A, 26(2) (2009) 540-547. https://doi.org/10.1364/JOSAA.26.000540

[12] A. Mahmoudi, Application of Fresnel diffraction from phase steps to measurement of etching rate of transparent materials, Appl. Opt. 54 (2015) 7993-7996. https://doi.org/10.1364/AO.54.007993

[13] S. Ebrahimi, M. Dashtdar, Quantitative phase imaging based on Fresnel diffraction from a phase plate, Appl. Phys. Lett. 115 (2019) 203702. https://doi.org/10.1063/1.5123353

[14] S. Ebrahimi, M. Dashtdar, Lens-free digital holographic microscopy for cell imaging and tracking by Fresnel diffraction from a phase discontinuity, Opt. Lett. 46 (2021) 3516-3519. https://doi.org/10.1364/OL.426588

[15] M.J. Siavashani, I. Naghedi, V. Abbasian, E.A. Akhlaghi, M.A. Charsooghi, M.T. Tavassoly, A.R. Moradi, 3D imaging using scanning diffractometry. Scientific reports, 11(1), (2021) 1-9. https://doi.org/10.1038/s41598-020-79939-y

[16] N. Madadi, M. Amiri, Efficient methodology with potential uses of Fresnel diffractometry for real-time study of uniaxial nematic liquid crystal phase transitions. Sci Rep. 13 (2023) 2184. https://doi.org/10.1038/s41598-023-29174-y

[17] M. Born, E. Wolf, Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light, 7^th ed., Cambridge University Press, 1999.