张明辉，李劲松

(安徽大学，安徽 合肥 230601)

早在1978年，J.Durnin[1,2]首次提出的无衍射光束概念(即贝塞尔光束)在物理学界掀起了一股科学的热潮。时至今日，贝塞尔光束不仅在非线性光学、统计物理学和原子物理学中具有重要的学术价值，而且在激光通信、激光加工和制造、激光成像、激光雷达等工程应用领域亦具有重要的应用价值[3]。然而从干涉本质而言，传统的教材和文献[4,5]对于这种光束干涉成因叙述很少。为此，本文通过对双棱镜光场的思考引入对贝塞尔光场形成物理机制的讨论，在此基础上阐述产生该光束的实验装置的物理依据，结合详细的数值模拟，对此干涉机制给出了科学的阐述。希望通过本文的探索研究为贝塞尔光束在基础物理教学方法和科学研究方面提供一定的有益参考。

1 贝塞尔光束的解

贝塞尔光束波动方程的数学表达式为

(1)

在自由空间，其具有一个形为

(2)

的解，其中

(3)

场函数为(2)描述的光场有一个违背衍射常识的性质：它在传播的过程中并不发散，“无衍射光束”就此得名。后来发现(2)的解析表达式含有贝塞尔函数，因此这种光束也被称为“贝塞尔光束”。

贝塞尔光束因迥异于其他光束的共性，而从它被发现到现在，一直受到学界和应用界的关注[6,7]，一些教材已经把它收录为教学的内容[5,8]。然而它的不发散性质背后的物理，以及产生它的实验装置的依据，在教学过程中并未详细说明。这两个问题可以通过对双棱镜光场的思考来引入，启发学生得到准确的回答，通过这一过程可以加深对内容的理解和掌握。……