近场和远场 Near field and far field

2022-11-07 11:19:16 浏览:554

定义

靠近光源或物体或远离光源或物体的光场。

术语近场和远场具有相似但略有不同的含义,具体取决于上下文。 以下各节将讨论各种情况。 通常,近场或远场没有精确定义的边界。

通常,人们使用某些近似值进行计算,这些近似值仅在近场或远场中实现。 然后可以根据这些近似值的满足程度来定义近场或远场。

有些量仅在近场或远场中定义,或者基于近场或远场定义。 例如,激光束的发散基于其远场轮廓。

辐射偶极子

振荡的电偶极子(例如天线或激发的原子或离子)发射电磁辐射。 在这里,近场的延伸波长小于一个。 远场发生在距偶极子的距离远大于波长的地方。 远场的各种数学表达式比完整辐射场的数学表达式简单得多。

这也适用于来自天线的辐射。 在这里,有趣的是,近场中的物体可以在天线上直接进行反向作用,而更远的物体可以在不影响天线的情况下接收辐射。 近场还包含快速衰减的场分量,这些分量在较远的距离上是无法观察到的。

请注意,如果天线很大,天线的近场可以大大超出一个波长。

孔径衍射

当光在光学孔径上衍射时,根据观察的距离,所得衍射图案的形状之间可能存在实质性差异。 在这里,近场的定义是菲涅耳数远大于单位的范围,而远场的特征是菲涅耳数远低于单位。

成像

显微镜等成像设备的图像分辨率通常限制在光学波长的一半左右。 然而,这仅适用于使用光学远场的设备。 有不同类型的光学近场显微镜可以实现远低于波长的分辨率。 例如,有些仪器可以制作带有锥形纤维尖端的样品,其开口直径远低于1μm。 这样的尖端必须非常靠近样品,以便它穿透近场。

消逝场

在各种情况下,人们都有消逝场,根据定义,消逝场仅限于某个物体的附近。 例如,这种场发生在全内反射或微小介电粒子的光散射环境中。

激光束

对于激光束(通常是高斯光束),近场是光束周围聚焦的区域,小于一个有效瑞利长度。 远场是远离焦点的区域,其距离远大于瑞利长度,其中光束半径随距焦点的距离线性增加。

光纤

离开光纤的光的近场是场剖面尚未大幅扩展的区域。 对于粗略的准则,可以根据基本光纤模态的模态半径计算瑞利长度。 另一方面,远场是在与瑞利长度相比较大的距离中获得的;在那里,光束轮廓的形状基本上由近场轮廓的二维傅里叶变换决定。

基础光学

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