Bessel beam (original) (raw)
Besselstråle är ett elektromagnetiskt fenomen, en vågfunktion som likt laser inte sprider sig. Den kan förklaras med Besselfunktionen av första graden som liksom strålen är uppkallade efter Friedrich Bessel. För x = 0: Den teoretiska Besselstrålen kräver nära oändliga mängder energi. Strålen har även egenskapen att den kan upphöra i en punkt för att uppstå i en annan.
| Property | Value |
|---|---|
| dbo:abstract | Ein Bessel-Strahl (nach dem deutschen Astronomen, Mathematiker, Geodäten und Physiker Friedrich Wilhelm Bessel) bezeichnet in der Wellenoptik eine spezielle, ideale Form elektromagnetischer Wellen. Eine ihrer wichtigsten anwendungsbezogenen Eigenschaften ist, dass sie nichtbeugend sind: ihre Form ändert sich – anders als bei den Gauß-Strahlen – während der Ausbreitung nicht. Ein Besselstrahl pflanzt sich immer mit Unterlichtgeschwindigkeit fort. Mathematisch ist ein Bessel-Strahl ein Satz von Lösungen der paraxialen Helmholtz-Gleichung, die in der Wellenoptik die Form von paraxialen Strahlen beschreibt. Bessel-Strahlen wurden 1987 von Jim Durnin theoretisch konstruiert und von Durnin und Joseph H. Eberly experimentell demonstriert. (de) A Bessel beam is a wave whose amplitude is described by a Bessel function of the first kind. Electromagnetic, acoustic, gravitational, and matter waves can all be in the form of Bessel beams. A true Bessel beam is non-diffractive. This means that as it propagates, it does not diffract and spread out; this is in contrast to the usual behavior of light (or sound), which spreads out after being focused down to a small spot. Bessel beams are also self-healing, meaning that the beam can be partially obstructed at one point, but will re-form at a point further down the beam axis. As with a plane wave, a true Bessel beam cannot be created, as it is unbounded and would require an infinite amount of energy. Reasonably good approximations can be made, however, and these are important in many optical applications because they exhibit little or no diffraction over a limited distance. Approximations to Bessel beams are made in practice either by focusing a Gaussian beam with an axicon lens to generate a Bessel–Gauss beam, by using axisymmetric diffraction gratings, or by placing a narrow annular aperture in the far field. High order Bessel beams can be generated by . (en) Un faisceau de Bessel est un champ de radiations électromagnétiques, acoustiques ou gravitationnelles dont l'amplitude suit une fonction de Bessel de première espèce. Pour le faisceau de Bessel d'ordre zéro, l'amplitude est maximale à l'origine, alors qu'un faisceau de plus grand ordre présente une singularité de phase axiale à l'origine où l'amplitude s'annule tel que la fonction le démontre. Un vrai faisceau de Bessel ne diffracte pas, au contraire du comportement habituel des ondes sonores ou lumineuses qui se dispersent lorsqu'elles sont focalisées. Tout comme une onde plane, il est impossible de créer un vrai faisceau de Bessel : il est en effet sans limite et requiert en conséquence une énergie de création infinie. Cependant, il est possible en pratique de créer des simulacres de faisceaux. Ils ont des applications en optique à cause de leur nature peu diffractive sur de courtes distances. S'ils sont partiellement bloqués, ces faisceaux peuvent se reconstituer plus loin sur l'axe du faisceau. L'ensemble de ces propriétés rend les faisceaux de Bessel très utiles pour fabriquer des pinces optiques, puisqu'un faisceau maintient sa concentration sur une relativement longue section du faisceau et ce même s'il est en partie masqué par les particules diélectriques qui sont pincées. De façon similaire, la manipulation de particules à l'aide de pinces acoustiques est possible avec un simili-faisceau de Bessel qui se diffracte et produit une force radiative provoquée par l'échange du moment acoustique entre le champ d'onde et une particule placée sur sa trajectoire. La fonction mathématique qui décrit un faisceau de Bessel est solution d'une équation différentielle de Bessel, laquelle apparaît comme solution séparable d'une équation de Laplace ou d'une équation de Helmholtz en coordonnées cylindriques. La création des simili-faisceaux de Bessel s'effectue en concentrant un faisceau gaussien avec des lentilles axicons : ce sont des faisceaux de Bessel-Gauss. (fr) ベッセルビームとは、回折現象によりビームが広がらない非回折ビームの一種である。 また、自己修復性を持つのも特徴の一つで、間に障害物があってもその後方に伝搬することが可能である。 これらの特徴は、光ピンセットなどの用途に望ましい性質である。 また、光のみならず、音波を利用した研究もおこなわれている。 実際には無限のエネルギーを必要とするため、完全なベッセルビームを作り出すことはできないが、これに近似された近似ベッセルビームが実用に供されている。 ベッセルビームはその非回折的伝搬を利用することで回折限界を超えた分解能を達成可能であり、エバネッセント波を使えば長距離かつ波長より低い超解像も可能である。 エバネッセント波を利用しなくても、1/2λ程度ならば達成可能で、この場合の到達距離は4λと非常に長い。 近似ベッセルビームを生成する方法としては、コリメートガウシアンビームと円錐レンズを用いた方法などがある。 近似ベッセルビームでも非回折による伝搬が起きるが、完全ではなく徐々に回折を起こしていく。 また、近似ベッセルビーム以外にも、長距離の伝搬、中心へのより高いエネルギー集中を可能にした長距離伝搬非回折ビーム(LRNB)も発見されているほか、エアリービーム、ウェーバービームなど非回折ビームはいくつか存在する。 さらには、近年、サイドローブ減少と高いエネルギー集中を実現するために、バイナリー構造の位相板を用いたベッセルビームの最適化が図られ、サイドローブのエネルギーを一部メインローブに移譲させた結果、理研は本来15.6%ほどあるサイドローブ比をわずか0.6%に抑えることに成功した。 ただ、サイドローブを減少させるほど、非回折伝搬距離は減少している。 (ja) Besselstråle är ett elektromagnetiskt fenomen, en vågfunktion som likt laser inte sprider sig. Den kan förklaras med Besselfunktionen av första graden som liksom strålen är uppkallade efter Friedrich Bessel. För x = 0: Den teoretiska Besselstrålen kräver nära oändliga mängder energi. Strålen har även egenskapen att den kan upphöra i en punkt för att uppstå i en annan. (sv) Луч Бесселя (англ. Bessel beam) является полем электромагнитного, акустического или даже гравитационного излучения, амплитуда которого описывается функцией Бесселя первого рода. Настоящий луч Бесселя не дифрагирует. Это означает, что он распространяется не преломляясь и не рассеиваясь в отличие от, скажем, волны обычного света (или звука), которые рассеиваются после той точки, на которую были сфокусированы. Также луч Бесселя самовосстанавливающийся, то есть луч может быть частично заслонён в одной точке, однако переформируется в точке, следующей далее по оси распространения. Как и в случае плоской волны, настоящий луч Бесселя не может быть создан, так как он бесконечен и потребует неограниченного количества энергии. Тем не менее, может быть создано достаточно хорошее приближение, что важно для различных применений в оптике, поскольку оно практически не дифрагирует на расчётной конечной дистанции. Приближение к лучу Бесселя создаётся фокусированием луча Гаусса при помощи аксиконической линзы, создающей луч Бесселя-Гаусса. Свойства луча Бесселя делают его основным инструментом для создания оптического пинцета, так как точно подобранный луч Бесселя будет сохранять необходимые свойства постоянного фокуса, пропорциональные участку захвата и даже частично «запирать» частицы диэлектриков во время удержания. Также возможно притяжения к источнику луча без точки равновесия. (ru) |
| dbo:thumbnail | wiki-commons:Special:FilePath/Bessel_beam.gif?width=300 |
| dbo:wikiPageExternalLink | http://www.eng.utoledo.edu/~jilu/lu_images/a_2006.12.12_ieee_uffc02apr_cover.pdf http://www.gizmag.com/3d-microscope-movies-living-cells/18138/ https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-12620560 |
| dbo:wikiPageID | 9071326 (xsd:integer) |
| dbo:wikiPageLength | 18748 (xsd:nonNegativeInteger) |
| dbo:wikiPageRevisionID | 1087417680 (xsd:integer) |
| dbo:wikiPageWikiLink | dbr:Aperture dbr:Velocity dbr:Light_sheet_fluorescence_microscopy dbr:Mathematics dbr:Matter_wave dbr:Optical_tweezers dbr:Electromagnetic_radiation dbr:Energy dbr:Gaussian_beam dbr:Gravitational_wave dbr:Optical_Materials_Express dbr:Annulus_(mathematics) dbc:Laser_science dbr:Acoustic_wave dbr:Airy_beam dbr:Far_field dbr:Diffraction dbr:Diffraction_grating dbr:Faster-than-light dbr:Helmholtz_equation dbr:Laplace's_equation dbr:Axicon dbr:Radiation_pressure dbr:Optics dbr:Plane_wave dbr:X-wave dbr:Rotational_symmetry dbr:Beam_axis dbr:Bessel's_differential_equation dbr:Bessel_function_of_the_first_kind dbr:File:Bessel_beam.svg dbr:File:Bessek_beam_intensity.svg dbr:File:Bessel_beam.gif dbr:File:Bessel_beam_reform.svg dbr:Spiral_diffraction_grating dbr:Wikt:occlusion |
| dbp:wikiPageUsesTemplate | dbt:Cite_journal dbt:Reflist dbt:Short_description |
| dcterms:subject | dbc:Laser_science |
| gold:hypernym | dbr:Field |
| rdf:type | yago:WikicatOptics yago:BodyPart105220461 yago:Eye105311054 yago:Organ105297523 yago:Part109385911 yago:PhysicalEntity100001930 yago:SenseOrgan105299178 yago:Thing100002452 |
| rdfs:comment | Besselstråle är ett elektromagnetiskt fenomen, en vågfunktion som likt laser inte sprider sig. Den kan förklaras med Besselfunktionen av första graden som liksom strålen är uppkallade efter Friedrich Bessel. För x = 0: Den teoretiska Besselstrålen kräver nära oändliga mängder energi. Strålen har även egenskapen att den kan upphöra i en punkt för att uppstå i en annan. (sv) Ein Bessel-Strahl (nach dem deutschen Astronomen, Mathematiker, Geodäten und Physiker Friedrich Wilhelm Bessel) bezeichnet in der Wellenoptik eine spezielle, ideale Form elektromagnetischer Wellen. Eine ihrer wichtigsten anwendungsbezogenen Eigenschaften ist, dass sie nichtbeugend sind: ihre Form ändert sich – anders als bei den Gauß-Strahlen – während der Ausbreitung nicht. Ein Besselstrahl pflanzt sich immer mit Unterlichtgeschwindigkeit fort. Bessel-Strahlen wurden 1987 von Jim Durnin theoretisch konstruiert und von Durnin und Joseph H. Eberly experimentell demonstriert. (de) A Bessel beam is a wave whose amplitude is described by a Bessel function of the first kind. Electromagnetic, acoustic, gravitational, and matter waves can all be in the form of Bessel beams. A true Bessel beam is non-diffractive. This means that as it propagates, it does not diffract and spread out; this is in contrast to the usual behavior of light (or sound), which spreads out after being focused down to a small spot. Bessel beams are also self-healing, meaning that the beam can be partially obstructed at one point, but will re-form at a point further down the beam axis. (en) Un faisceau de Bessel est un champ de radiations électromagnétiques, acoustiques ou gravitationnelles dont l'amplitude suit une fonction de Bessel de première espèce. Pour le faisceau de Bessel d'ordre zéro, l'amplitude est maximale à l'origine, alors qu'un faisceau de plus grand ordre présente une singularité de phase axiale à l'origine où l'amplitude s'annule tel que la fonction le démontre. Un vrai faisceau de Bessel ne diffracte pas, au contraire du comportement habituel des ondes sonores ou lumineuses qui se dispersent lorsqu'elles sont focalisées. (fr) ベッセルビームとは、回折現象によりビームが広がらない非回折ビームの一種である。 また、自己修復性を持つのも特徴の一つで、間に障害物があってもその後方に伝搬することが可能である。 これらの特徴は、光ピンセットなどの用途に望ましい性質である。 また、光のみならず、音波を利用した研究もおこなわれている。 実際には無限のエネルギーを必要とするため、完全なベッセルビームを作り出すことはできないが、これに近似された近似ベッセルビームが実用に供されている。 ベッセルビームはその非回折的伝搬を利用することで回折限界を超えた分解能を達成可能であり、エバネッセント波を使えば長距離かつ波長より低い超解像も可能である。 エバネッセント波を利用しなくても、1/2λ程度ならば達成可能で、この場合の到達距離は4λと非常に長い。 近似ベッセルビームを生成する方法としては、コリメートガウシアンビームと円錐レンズを用いた方法などがある。 近似ベッセルビームでも非回折による伝搬が起きるが、完全ではなく徐々に回折を起こしていく。 また、近似ベッセルビーム以外にも、長距離の伝搬、中心へのより高いエネルギー集中を可能にした長距離伝搬非回折ビーム(LRNB)も発見されているほか、エアリービーム、ウェーバービームなど非回折ビームはいくつか存在する。 ただ、サイドローブを減少させるほど、非回折伝搬距離は減少している。 (ja) Луч Бесселя (англ. Bessel beam) является полем электромагнитного, акустического или даже гравитационного излучения, амплитуда которого описывается функцией Бесселя первого рода. Настоящий луч Бесселя не дифрагирует. Это означает, что он распространяется не преломляясь и не рассеиваясь в отличие от, скажем, волны обычного света (или звука), которые рассеиваются после той точки, на которую были сфокусированы. Также луч Бесселя самовосстанавливающийся, то есть луч может быть частично заслонён в одной точке, однако переформируется в точке, следующей далее по оси распространения. (ru) |
| rdfs:label | Bessel-Strahl (de) Bessel beam (en) Faisceau de Bessel (fr) ベッセルビーム (ja) Луч Бесселя (ru) Besselstråle (sv) |
| owl:sameAs | freebase:Bessel beam yago-res:Bessel beam wikidata:Bessel beam dbpedia-de:Bessel beam dbpedia-et:Bessel beam dbpedia-fr:Bessel beam http://hy.dbpedia.org/resource/Բեսելի_ճառագայթ dbpedia-ja:Bessel beam http://lt.dbpedia.org/resource/Beselio_pluoštas dbpedia-ru:Bessel beam dbpedia-sv:Bessel beam https://global.dbpedia.org/id/4zHnQ |
| prov:wasDerivedFrom | wikipedia-en:Bessel_beam?oldid=1087417680&ns=0 |
| foaf:depiction | wiki-commons:Special:FilePath/Bessel_beam.svg wiki-commons:Special:FilePath/Bessek_beam_intensity.svg wiki-commons:Special:FilePath/Bessel_beam.gif wiki-commons:Special:FilePath/Bessel_beam_reform.svg |
| foaf:isPrimaryTopicOf | wikipedia-en:Bessel_beam |
| is dbo:wikiPageDisambiguates of | dbr:Beam dbr:Bessel |
| is dbo:wikiPageRedirects of | dbr:Bessel-Gauss_beam |
| is dbo:wikiPageWikiLink of | dbr:Index_of_wave_articles dbr:Light_sheet_fluorescence_microscopy dbr:Tophat_beam dbr:Optical_tweezers dbr:Gaussian_beam dbr:Stardust_the_Super_Wizard dbr:Laser_beam_quality dbr:Lattice_light-sheet_microscopy dbr:Acoustic_tweezers dbr:Airy_beam dbr:Beam dbr:Bessel dbr:Orbital_angular_momentum_of_free_electrons dbr:AB5_toxin dbr:Laser dbr:Tractor_beam dbr:Axicon dbr:List_of_things_named_after_Friedrich_Bessel dbr:Flat_lens dbr:X-wave dbr:Bessel-Gauss_beam |
| is foaf:primaryTopic of | wikipedia-en:Bessel_beam |
