光学电磁理论20161202

1、有限时域差分（FTDT）求解麦克斯韦方程组 假设电场和磁场都不随z变化，可将三维问题简化为二维问题。旋度方程可分成相互独立的两组方程。分别描述TE波和TM波。zTE波（传播方向由电场方向决定）TM波（传播方向由电场方向决定）zzzyxHEHE三维光束和二维光束 E(x, y, z, t)H(x, y, z, t)xzxyzzyxzE(x, y, t)H(x, y, t)FTDT方法的应用非均匀介质中的光场计算nt(n+1)tYee氏元胞中TE波和TM波各光场量的节点位置关系(n+1/2)tt(n)n+1/2(i+1/2, j)nn+1(i+1/2, j+1/2)HEE(i, j)(i-1/2,

2、 j+1/2)(i-1/2, j)(i, j+1/2)(i, j-1/2)ExEyHzX(i)y(j)n-1/2H一阶差分格式TE 波一阶差分格式TM 波系数表达式稳定性条件光学实验常用器件和仪器简介光的方向控制-反射镜介质膜反射镜优点：高反射率(99%)，高破坏阈值。局限：对波长敏感，对入射角敏感金属膜反射镜（金，银，铝等）优点: 对入射角不敏感；银镜，铝镜对波长不敏感。局限：反射率低于介质膜反射镜，破坏阈值较低。如何让光束沿指定路径传输光阑1光阑2镜面1镜面2步骤：扩大光阑1的光圈，调节镜面2，让光束穿过光阑2的中心；缩小光阑1的光圈，调节镜面1，让光束穿过光阑1的中心；循环上两个步骤，直

3、至光束能够同时穿过光阑1和光阑2的中心。光的偏振控制电光控制偏振片布鲁斯特角V谐振腔内选偏LEDV256个强度等级VV匀光板背光板偏振片液晶滤色片偏振片RGB色彩空间光的偏振控制的应用-液晶显示设备单片液晶投影机光损失: 偏振片50%，滤色片67%集光效率，液晶开口率，。3LCD投影机图片来自网络偏振光转换器1/2波片遮光板透镜阵列光学成像设备Charge Coupled Device(电荷耦合器件)功能: 将光信号转化为电信号.用途: 记录图象, 取代照相底片.常用成像设备：CCD相机实验室常用的CCD相机工业CCD特点: 1. 价格便宜(数百元)2. 操作方便3. 动态范围小, 通常8bi

4、t - 256个灰度级4. 无制冷, 噪声水平相对较高主要用途: 监控 科学级CCD特点: 1. 价格昂贵2. 操作方便3. 动态范围大, 通常16bit 6万多灰度级4. 有制冷, 噪声水平低主要用途: 采集实验图象并做定量分析特种科学级CCDICCD (Intensified CCD)特点: 1. 价格昂贵2. 高灵敏度, ns级时间分辨3. 芯片易老化, 使用寿命相对较短 工作原理: 高压光阴极-微通道板-荧光屏- CCD 用途:时间分辨的图象采集光阴极微通道板磷屏感光CCD芯片光纤耦合器VEMCCD (Electron Multiplying CCD) 特点:1. 高灵敏度, 高增益,

5、 与ICCD不同的是, 电子倍增功能在感光之后完成.2. 芯片密封在惰性气体中, 不易老化, 比ICCD使用寿命长.用途:用于微弱图象信号的采集.EMCCD在关闭EM功能时, 等同于普通CCD.只有在探测微弱图象信号时, 才需要打开EM功能.信号本身比较强时打开EM功能, 信噪比反而不如普通科学级CCD CCD, ICCD , EMCCD如何选取? 不需要时间分辨的成像, 用CCD. 不需要时间分辨的弱信号成像, 用EMCCD. 需要时间分辨时： 1. 光源(探针光)本身能够提供时间分辨(持续时间小于ICCD快门): 用CCD或EMCCD 2. 光源持续时间远大于ICCD快门: 用ICCD3. 光源虽然能够提供时间分辨,但强度很弱并且背景光噪声水平较高: 用ICCDCCDCCD使用注意事项使用注意事项 一定要避免强光照射！ 实验中一定要使用衰减片，确保光强要由低到高； 使用过程中衰减片尽可能贴近CCD入光口. 在调光路时操作人员一定不要采集. 实用过程中应避免污染(灰尘、油污)感光芯片！ 使