第二章-光纤传感器测量的理论基础2.ppt

第一，光纤传感器测量的理论基础，第二章，例如，在麦克风耳干涉仪的双臂中分别插入长度为l=10.0cm厘米的玻璃管，一个是真空，另一个是储存压力为1.013105Pa的空气，另一个是将使用的光波波长设置为546nm，在实验中逐渐将空气填充到真空玻璃管中，压力为1.013105Pa在此过程中，观察107.2个干涉条纹的运动，以确定空气的折射率、迈克尔逊干涉仪、飞溅幻灯片、校正幻灯片、反射镜、镜子、M、1、观察屏幕、入射光什么是光的衍射？如果有衍射现象，为什么我们在日常生活中没有观察到光的衍射现象？波，声波都发生衍射，它们发生衍射的现象的特征是什么？光的衍射，光转了！衍射现象，所有波通过衍射将能量传递到阴影区域，明显衍射的条件是障碍物或洞的大小与波长几乎相似。机械波一般认为声波的衍射(墙上有耳朵)，声波的波长():17m-1.7厘米，光波的衍射一般不清楚，(: 0.7 m-0.4 m)，因此可以大致认为光沿直线传播，光波在传播过程中遇到障碍物的话，光束就会，光的直线传播，光的衍射传播，诗：衍射效果不明显时：衍射效果不明显时：衍射现象，衍射现象，狭缝，光波导致衍射的障碍物(或光屏)，衍射现象的特征，(1)限制衍射图案向任何方向扩展，(2)更强的限制，衍射更强，(1)惠更斯-菲涅尔原理，(hoyenes原理):波前(波前阵列)的所有点都可以看作是次扰动中心以后任何时候，这些波的包络都是该瞬间的波前。(1690年)，艉惠更斯原理定性地描述衍射现象，但不能解释光的衍射图案中亮度的分布。3 .菲涅耳假设：波团在传播过程中对波面外任意点的光振动应该是所有波形叠加对波团的结果。(1818年)，4，菲涅尔还指出：波前是各点的相位相同的对立面。在p点，二次波的振幅与距离r成反比。d 面元发射的二次波的振幅与ds面积成正比。D随着面元素的法线和r之间的角度的增加而减小。5。惠更斯-菲涅尔积分目的：以波干扰叠加法定量描述衍射结果，研究方法：单色点光源s发射的球面波面为r，波面半径为r，光波传播空间中任意点p的振动来自该点的所有波，Z，Z ，如果将振幅设置为a，与点光源的s单位距离，则波的任意点q的复合振幅为，qpoint faces发射的波的p点复合振幅可以表示为p点，斜率因子，这表示波根据衍射角度的振幅。fresnel还假定当=0时，k具有最大值。增大时，k减小。当时k等于0。k的限制导致范围内波面发射的波仅在p点产生一致叠加，叠加后耦合振动复宽度是惠更斯-菲涅尔积分公式。第二，基尔霍夫衍射理论，使用惠更斯菲涅耳衍射公式对某些简单形式的衍射现象的解释是好的，但是梯度元素的引入是很牵强的，缺乏理论基础。为了弥补这一不足，基尔霍夫利用从微分波动方程出发的格林定理提出了更精细的数学表示，并得到了梯度系数的具体形式，得到了基尔霍夫理论。条件：衍射孔径大于波长。观察点和孔径之间的距离大于波长。在麦克斯韦方程中，忽略电矢量与磁矢量的结合关系，给出了电矢量为标量、基尔霍夫衍射理论、基尔霍夫衍射公式、惠更斯-菲涅尔衍射公式、基尔霍夫公式，给出了梯度系数的具体理论形式，指出波的振幅在各个方向上不同，其值在0和1之间。如果点光源距离产生衍射的开口足够远，则入射光可以视为垂直入射的平面波。上述每个点都具有cos (n，l)=-1，cos (n，r)=cos，因此，当=0时，k ()=1表示波面法线方向上波浪的振幅最大。=时k ()=0，则此结论证明=/2小时k ()=0的fresnel结论无效。入射光是垂直入射的平面图时，kirchhoff公式为，y1，x1，y，x，r，Z1，p(近轴近似，(1)可用于假设k ()=1。(2)在衍射孔范围内，r的变化也不大，r的变化只影响p点处每个波的振幅，因此1/r 1/Z1。所以基尔霍夫衍射公式是，2。fresnel近似，使用Taylor定理展开r二项式：如果前几个项目接近r，则近似的精度不仅取决于项目数，还取决于光圈、观测范围和Z1的大小。您可以忽略Z1在第三个项目后的相位kr的作用，直到它比小得多，此近似称为fresnel近似。在菲涅尔近似区域(菲涅尔区域)放置观察屏幕时观察到的衍射现象称为菲涅尔衍射。菲涅耳衍射计算公式，在fraunhofer衍射中，Z1进一步增加，在本例中，r的表达式称为fraunhofer近似3。通过fraunhofer近似可以进一步简化。将观察屏幕放置在大致设定的区域(fraunhofer)时观察到的衍射现象称为fraunhofer衍射。所以夫琅和费衍射计算公式，两种衍射，条件实现，干涉和衍射是一致的叠加，其相同点占主导地位。另一点是次：1)干涉是离散点源发射的光波的一致叠加，衍射是连续二次波源发射的二次波的一致叠加。2)干涉的重叠计算为总和，衍射的重叠计算为积分。3)不连续点源的射线沿几何光学定律传播，次要源的射线一般不遵循几何光学传播规律。3，衍射和干涉的相同点与其他点不同，5，衍射现象的傅立叶分析方法，1。夫琅和费衍射，如果是这样，夫琅和费衍射场的复杂振幅是光圈平面上复杂振幅分布的傅里叶变换，u，v是空间频率。当我们只关心衍射场的相对强度分布时，夫琅和费衍射图案的强度分布可以通过傅立叶变换直接得到。其中，f表示傅立叶变换，光圈平面上复杂振幅分布的光谱。衍射波可以看作是与其他空间频率相对应的平面波的线性叠加。，圆函数，傅里叶变换对，单狭缝衍射，fraunhofer单狭缝衍射基本光路，单狭缝波，单狭缝波，单位复合振幅的单色光垂直入射单狭缝，单位复合振幅上的复杂振幅分布使用傅立叶变换的相似性定理进行单狭缝衍射强度分布2，两边的条纹有对称，浅色花纹更窄，深色，狭缝宽度元素，l，f，波长在一定程度上，狭缝宽度越小，衍射现象就越重要。波长因子，2。fresnel衍射确定了fresnel衍射的复振幅是孔径平面复振幅分布和一个二次相位因子乘积的傅立叶变换，即3。对kirchhoff衍射进行向上傅立叶变换，并可以使用的kirchhoff卷积公式卷积模式快