现代光学简介学习教案

1、会计学1现代现代(xindi)光学简介光学简介第一页，共21页。一、全息照片(zhopin)的拍摄和再现记录物体(wt)上各点发出的光波的频率、振幅、位相物光和参考光在感光胶片(jiopin)处相干叠加、感光。1、全息记录激光器反射镜分光镜反射镜感光胶片参参考考光光物光物光振幅不同使条纹变黑程度不同，相位不同则使条纹的密度、形状各异。第2页/共21页第二页，共21页。相位的记录(jl)（参考光为平面波）设a、b为某相邻(xin ln)的两条暗纹参考(cnko)光在a、b两处相位相同物光在a、b两处光程差为参考光rba物光 ddxOx D dxsin xrsindx 在底片同一处，来自物体上不同

2、发光点的点，由于它们的或r不相同，与参考光形成的干涉条纹间距不同。底片上的干涉条纹间距及条纹走向反映了物体上各发光点的位置差别。第3页/共21页第三页，共21页。2、全息图像的观察(gunch)用拍摄照片时所用的同一波长的照明光沿原参考方向照射底片，在照片背面(bimin)向照片看就可看到物体。底片上各处透射率不同（相当于衍射屏），照明(zhomng)光透射后发生衍射，衍射光波再现物光波。照明光rba dO1位位置置人人眼眼 第4页/共21页第四页，共21页。二、全息(qunx)技术的应用1、全息(qunx)显微镜2、全息信息(xnx)储存3、全息干涉计量拍摄全息照片，改变参考光束方向，可将不

3、同物体摄在同一张底片上。用短脉冲激光在一张底片上记录粒子的运动。再现粒子的运动状态及瞬时分布。再现时偏转照明光束，物体将互不干扰地显现。两次曝光或连续曝光，可记录物体的微小、高速运动。再现时得到多个相互交叠而略有差异的物体光波的像。第5页/共21页第五页，共21页。15-2 非线性光学(gungxu)简介一、非线性光学(gungxu)现象线性光学(gungxu)光与介质相互作用，入射光的电场强度比介质中原子内的场强小得多。EEP 0非线性光学强光入射介质时32EEEP 第6页/共21页第六页，共21页。tcosEtcosEE 2212120020二、倍频(bi pn)和混频当激光与非线性介质作

4、用(zuyng)，入射光通过介质后，其输出频率较入射频率有所变化，会出现倍频光、和频光与差频光。入射单色强光电场(din chng)强度tcosEE 0tcosEtcosEEEP 22002)tcos(EtcosE 212200恒定电场基频成分倍频成分第7页/共21页第七页，共21页。21212010t )cos(t )cos(EE 入射两种不同(b tn)频率的强光tcosEE1101 )tcosEtcosE(P220110 )tcos(E)tcos(E2220121021212121 和频成分差频成分tcosEE2202 21EEE介质除辐射直流、基频(j pn)和倍频成分，还将辐射频率为

5、和频与差频的光波，称为光学混频。第8页/共21页第八页，共21页。三、受激喇曼散射(snsh)当光束在透明介质中传播时，如果介质的光学(gungxu)性质不均匀，就会出现部分光束偏离原来传播方向的现象，就叫光的散射。弹性散射光与物质分子碰撞(pn zhun)是弹性的，无能量交换。入射光与散射光频率相同，散射光强度与频率四次方成正比。非弹性散射散射光频率与入射光频率不相同。成成分分和和成成分分，还还有有有有原原频频率率)()( 000射射光光频频率率无无关关。与与物物质质性性质质有有关关，与与入入 第9页/共21页第九页，共21页。四、光束(gungsh)自聚焦效应在强光作用下，介质的折射率不再

6、是常数，会随入射光强度(qingd)增大而变大。激光束在截面上强度(qingd)分布不均匀，呈高斯分布。非线性介质自聚焦现象入射激光波面光强高斯分布第10页/共21页第十页，共21页。15-3 光纤通信(un xin tn xn)通信(tng xn)是指将信息从一处传到另一处。无线电通信的载体(zit)是无线电波。Hz1081010无无线线电电载载波波频频率率为为光纤通信（或激光通信）是将声音、图像或其它 信息调制到激光载波上发送出去。Hz15131010载载波波频频率率为为激光通信分为：地面大气通信、宇宙空间通信、光纤（缆）通信第11页/共21页第十一页，共21页。一、光导纤维(un do

7、xin wi)用石英、玻璃或特制塑料拉成的柔软(rurun)细丝，直径在几微米到120微米左右。1、光纤的结构(jigu)及传光原理由玻璃纤芯、包层和护套组成纤芯包层玻璃纤维涂层尼龙外层1mm100200m光纤导光利用全反射定理。0n2n1n 0 12纤芯折射率为n1包层折射率为n2n1n2第12页/共21页第十二页，共21页。0n2n1n 0 12光纤端面入射角光纤端面入射角0 包包层层界界面面入入射射角角 （全反射临界角）（全反射临界角）c （端面临界入射角）（端面临界入射角）a 0光线将在纤芯和包层的界面上不断(bdun)地产生全反射而向前传播。2、光纤的分类(fn li)光纤的折射率用

8、光纤折射率剖面(pumin)n (r)表征引入纤芯、包层相对折射率差1212122212nnnnnn 第13页/共21页第十三页，共21页。普通(ptng)光纤有两种：阶跃型光纤纤芯与包层间折射率的变化(binhu)是阶梯状的。)r(n1n2nr)r(n1n2nr梯度(t d)型光纤纤芯与包层间折射率的变化是渐变的。光纤中的射线光纤中的射线第14页/共21页第十四页，共21页。3、光纤的数值孔径（N.A.）反映(fnyng)了光纤集光本领，数值孔径越大，集光本领越强。2221nnsina 0n2n1nc a a 2r 光纤的孔径角光纤的孔径角a 2.A.Nnsina 2112nnsinc ra

9、sinnn 10crcosnsinn 11ccsincos 212122212nnn 第15页/共21页第十五页，共21页。4、光纤的传输(chun sh)特性（1）光纤的损耗(snho)特性指光纤每单位(dnwi)长度的衰减，单位(dnwi)为分贝/公里(dB/km)。吸收损耗物质本征吸收：物质固有的吸收。有近红外的812m区域和紫外波段两个吸收频带。光纤低损耗“窗口”为： 0.650.73m，0.750.85 m ，1.11.6 m。杂质吸收 原子缺陷吸收第16页/共21页第十六页，共21页。散射(snsh)损耗物质的本征散射：玻璃在加热过程中使物质密度不均匀，进而(jn r)折射率不均匀

10、，在冷却过程中被固定，折射率不均匀性将引起光的散射。非线性效应引起的散射(snsh)：物质在强大的电场作用下呈现非线性性，引起光的散射(snsh)。第17页/共21页第十七页，共21页。（2）光纤的色散(ssn)特性与光孤子通信光的色散特性：使光脉冲信号通过(tnggu)光纤时，在输出端光脉冲的响应会被拉长，出现脉冲失真。光孤子通信：在单模光纤中，光强增加到一定程度时，将出现非线性效应，可与光纤中的色散相互补偿，从而得到无畸变(jbin)的光脉冲传输。第18页/共21页第十八页，共21页。二、光纤通信的工作(gngzu)原理直接(zhji)检波系统：在发送端直接(zhji)把信号调制到光波上，而在接受端用光电检波管直接(zhji)把调制光波检波为原信号的系统。电端机(发送)光端机(发送)电端机(接收)光端机(接收)LD管PIN管光导纤维第19页/共21页第十九页，共21页。三、光纤通信(un xin tn xn)的优势1、通信(tng xn)容量