現(xiàn)代光學(xué)簡介PPT課件

1、15-1 全息照相1948年全息照相術(shù)誕生。全息照相的優(yōu)點(diǎn)：可以再現(xiàn)物體的立體形象。普通照相全息照相只記錄物體所發(fā)光波的振幅以干涉、衍射為基礎(chǔ)的無透鏡攝影，記錄物體所發(fā)光波的振幅和位相（全部光信息）全息底片沒有物體的影像，而是記錄了物體所發(fā)光波的全部信息的干涉條紋。第1頁/共21頁一、全息照片的拍攝和再現(xiàn)記錄物體上各點(diǎn)發(fā)出的光波的頻率、振幅、位相物光和參考光在感光膠片處相干疊加、感光。1、全息記錄激光器反射鏡分光鏡反射鏡感光膠片參參考考光光物光物光振幅不同使條紋變黑程度不同，相位不同則使條紋的密度、形狀各異。第2頁/共21頁相位的記錄（參考光為平面波）設(shè)a、b為某相鄰的兩條暗紋參考光在a、b兩

2、處相位相同物光在a、b兩處光程差為參考光rba物光 ddxOx D dxsin xrsindx 在底片同一處，來自物體上不同發(fā)光點(diǎn)的點(diǎn)，由于它們的或r不相同，與參考光形成的干涉條紋間距不同。底片上的干涉條紋間距及條紋走向反映了物體上各發(fā)光點(diǎn)的位置差別。第3頁/共21頁2、全息圖像的觀察用拍攝照片時(shí)所用的同一波長的照明光沿原參考方向照射底片，在照片背面向照片看就可看到物體。底片上各處透射率不同（相當(dāng)于衍射屏），照明光透射后發(fā)生衍射，衍射光波再現(xiàn)物光波。照明光rba dO1位位置置人人眼眼 第4頁/共21頁二、全息技術(shù)的應(yīng)用1、全息顯微鏡2、全息信息儲存3、全息干涉計(jì)量拍攝全息照片，改變參考光束方

3、向，可將不同物體攝在同一張底片上。用短脈沖激光在一張底片上記錄粒子的運(yùn)動。再現(xiàn)粒子的運(yùn)動狀態(tài)及瞬時(shí)分布。再現(xiàn)時(shí)偏轉(zhuǎn)照明光束，物體將互不干擾地顯現(xiàn)。兩次曝光或連續(xù)曝光，可記錄物體的微小、高速運(yùn)動。再現(xiàn)時(shí)得到多個(gè)相互交疊而略有差異的物體光波的像。第5頁/共21頁15-2 非線性光學(xué)簡介一、非線性光學(xué)現(xiàn)象線性光學(xué)光與介質(zhì)相互作用，入射光的電場強(qiáng)度比介質(zhì)中原子內(nèi)的場強(qiáng)小得多。EEP 0非線性光學(xué)強(qiáng)光入射介質(zhì)時(shí)32EEEP 第6頁/共21頁tcosEtcosEE 2212120020二、倍頻和混頻當(dāng)激光與非線性介質(zhì)作用，入射光通過介質(zhì)后，其輸出頻率較入射頻率有所變化，會出現(xiàn)倍頻光、和頻光與差頻光。入射單

4、色強(qiáng)光電場強(qiáng)度tcosEE 0tcosEtcosEEEP 22002)tcos(EtcosE 212200恒定電場基頻成分倍頻成分第7頁/共21頁21212010t )cos(t )cos(EE 入射兩種不同頻率的強(qiáng)光tcosEE1101 )tcosEtcosE(P220110 )tcos(E)tcos(E2220121021212121 和頻成分差頻成分tcosEE2202 21EEE介質(zhì)除輻射直流、基頻和倍頻成分，還將輻射頻率為和頻與差頻的光波，稱為光學(xué)混頻。第8頁/共21頁三、受激喇曼散射當(dāng)光束在透明介質(zhì)中傳播時(shí)，如果介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)不均勻，就會出現(xiàn)部分光束偏離原來傳播方向的現(xiàn)象，就叫光的

5、散射。彈性散射光與物質(zhì)分子碰撞是彈性的，無能量交換。入射光與散射光頻率相同，散射光強(qiáng)度與頻率四次方成正比。非彈性散射散射光頻率與入射光頻率不相同。成成分分和和成成分分，還還有有有有原原頻頻率率)()( 000射射光光頻頻率率無無關(guān)關(guān)。與與物物質(zhì)質(zhì)性性質(zhì)質(zhì)有有關(guān)關(guān)，與與入入 第9頁/共21頁四、光束自聚焦效應(yīng)在強(qiáng)光作用下，介質(zhì)的折射率不再是常數(shù)，會隨入射光強(qiáng)度增大而變大。激光束在截面上強(qiáng)度分布不均勻，呈高斯分布。非線性介質(zhì)自聚焦現(xiàn)象入射激光波面光強(qiáng)高斯分布第10頁/共21頁15-3 光纖通信通信是指將信息從一處傳到另一處。無線電通信的載體是無線電波。Hz1081010無無線線電電載載波波頻頻率率

6、為為光纖通信（或激光通信）是將聲音、圖像或其它 信息調(diào)制到激光載波上發(fā)送出去。Hz15131010載載波波頻頻率率為為激光通信分為：地面大氣通信、宇宙空間通信、光纖（纜）通信第11頁/共21頁一、光導(dǎo)纖維用石英、玻璃或特制塑料拉成的柔軟細(xì)絲，直徑在幾微米到120微米左右。1、光纖的結(jié)構(gòu)及傳光原理由玻璃纖芯、包層和護(hù)套組成纖芯包層玻璃纖維涂層尼龍外層1mm100200m光纖導(dǎo)光利用全反射定理。0n2n1n 0 12纖芯折射率為n1包層折射率為n2n1n2第12頁/共21頁0n2n1n 0 12光纖端面入射角光纖端面入射角0 包包層層界界面面入入射射角角 （全反射臨界角）（全反射臨界角）c （端面

7、臨界入射角）（端面臨界入射角）a 0光線將在纖芯和包層的界面上不斷地產(chǎn)生全反射而向前傳播。2、光纖的分類光纖的折射率用光纖折射率剖面n (r)表征引入纖芯、包層相對折射率差1212122212nnnnnn 第13頁/共21頁普通光纖有兩種：階躍型光纖纖芯與包層間折射率的變化是階梯狀的。)r(n1n2nr)r(n1n2nr梯度型光纖纖芯與包層間折射率的變化是漸變的。光纖中的射線光纖中的射線第14頁/共21頁3、光纖的數(shù)值孔徑（N.A.）反映了光纖集光本領(lǐng)，數(shù)值孔徑越大，集光本領(lǐng)越強(qiáng)。2221nnsina 0n2n1nc a a 2r 光纖的孔徑角光纖的孔徑角a 2.A.Nnsina 2112nn

8、sinc rasinnn 10crcosnsinn 11ccsincos 212122212nnn 第15頁/共21頁4、光纖的傳輸特性（1）光纖的損耗特性指光纖每單位長度的衰減，單位為分貝/公里(dB/km)。吸收損耗物質(zhì)本征吸收：物質(zhì)固有的吸收。有近紅外的812m區(qū)域和紫外波段兩個(gè)吸收頻帶。光纖低損耗“窗口”為： 0.650.73m，0.750.85 m ，1.11.6 m。雜質(zhì)吸收 原子缺陷吸收第16頁/共21頁散射損耗物質(zhì)的本征散射：玻璃在加熱過程中使物質(zhì)密度不均勻，進(jìn)而折射率不均勻，在冷卻過程中被固定，折射率不均勻性將引起光的散射。非線性效應(yīng)引起的散射：物質(zhì)在強(qiáng)大的電場作用下呈現(xiàn)非線性性，引起光的散射。第17頁/共21頁（2）光纖的色散特性與光孤子通信光的色散特性：使光脈沖信號通過光纖時(shí)，在輸出端光脈沖的響應(yīng)會被拉長，出現(xiàn)脈沖失真。光孤子通信：在單模光纖中，光強(qiáng)增加到一定程度時(shí)，將出現(xiàn)非線性效應(yīng)，可與光纖中的色散相互補(bǔ)償，從而得到無畸變的光脈沖傳輸。第18頁/共21頁二、光纖通信的工作原理直接檢波系統(tǒng)：在發(fā)送端直接把信號調(diào)制到光波上，而在接受端用光電檢波管直接把調(diào)制光波檢波為原信號的系統(tǒng)。電端機(jī)(發(fā)送)光端機(jī)(發(fā)送)電端機(jī)(接收)光端機(jī)(接收)LD管PIN管光導(dǎo)纖維第19頁/共21頁三、光