光學(xué)和光信息科學(xué)

1、光學(xué)和光信息科學(xué)第1頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一光的干涉干涉現(xiàn)象雙孔干涉實驗第2頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一xk=+1k=-2k=+2k= 0k=-1S1S2S*I楊氏雙孔干涉第3頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一相干條件相干條件要求：1. 兩成員波的頻率（因而波長）相同；2. 兩成員波的初位相之差桓定；3. 兩成員波的振動方向相同。-光程相差等于半個波長，亮條紋變暗條紋!-可見光波長數(shù)量級: 10 7 m第4頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一應(yīng)用用邁克耳孫干涉儀測量長度（誤差不超過 / 2）邁

2、克耳孫干涉儀用邁克耳孫干涉儀觀察到的燭焰附近的對流氣體第5頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一應(yīng)該出現(xiàn) 暗紋的位置實際的暗紋位置試件標(biāo) 準(zhǔn) 件利用干涉現(xiàn)象檢驗平面的平整度第6頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一CD原理一束激光分為兩束當(dāng)兩束光光程差為半波長的奇數(shù)倍時:相消干涉,出現(xiàn)暗點偶數(shù)倍時:增強干涉,出現(xiàn)亮點CD片上有突點,突點與平點差為半波長的奇數(shù)倍與另一束光發(fā)生干涉-出現(xiàn)亮暗不同的點第7頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一光的衍射光通過微小障礙物后發(fā)生的現(xiàn)象a 垂直單狹縫 b 更窄的單狹縫 c 矩孔d 三角孔 e 方孔 f 正

3、多邊形 g 正方網(wǎng)格第8頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一惠更斯原理1680年荷蘭物理學(xué)家惠更斯提出： 介質(zhì)中波動傳到的各點都可看作是一個新的波源子波源；在其后的任一時刻，由于波源發(fā)射的子波波陣面組成的包跡就決定新的波面?；莞乖淼?頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一愛里斑光通過圓孔后在屏幕上形成的衍射亮斑 半角寬 a=0.61w/R W光波長， R圓孔半徑-圓孔越大愛里斑越小-記者的大炮筒照相機第10頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一衍射應(yīng)用 光譜分析：如衍射光柵光譜儀。 結(jié)構(gòu)分析：衍射圖樣對精細結(jié)構(gòu)有一種相當(dāng)敏感的“放大”

4、作用，故而利用圖樣分析結(jié)構(gòu)，如X射線結(jié)構(gòu)學(xué)。 衍射成像：在相干光成像系統(tǒng)中，引進兩次衍射成像概念，由此發(fā)展成為空間濾波技術(shù)和光學(xué)信息處理。衍射再現(xiàn)波陣面：這是全息術(shù)原理中的重要一步。第11頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一光的偏振平面偏振光：線偏振光(光的電矢量的振動方向不變) ，部分偏振光。圓（橢圓）偏振光：偏振光的電矢量的末端在于傳播方向的xy平面上的軌跡是圓或橢圓。平面偏振光圓偏振光的波場分布第12頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一線偏振光部分偏振光自然光第13頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一應(yīng)用1、偏振濾光片 最簡單的

5、應(yīng)用為在照相機這一類儀器的物鏡前，加一片雙色性微晶制的偏振片。則可大大減弱反射光，能使湖面上的物體拍攝得更清楚。 可消除在夜間行車時汽車頭燈耀眼燈光對迎面汽車司機的影響2、偏光眼鏡：觀看立體電影片第14頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一(a)用偏振干涉儀觀察到的懸浮在水面上的昆蟲(b) 用偏振干涉顯微鏡觀察到的碳化硅晶體(c) 在正交偏振片間觀察到的硫代硫酸鈉晶體 (a)(b)(c)第15頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一 液晶顯示器（LCD）通過改變電場改變液晶分子排列改變偏振光偏振方向是否透過第16頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分

6、，星期一入射光偏振片偏振片光透過TN排列盒入射光偏振片偏振片光遮斷TN排列盒未施加電壓時 施加電壓時 第17頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一液晶顯示器的構(gòu)造玻璃基板透明電極外周封接劑分子取向?qū)悠衿衿肿尤∠驅(qū)右壕该麟姌O 玻璃基板 反射板第18頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一全反射和光纖當(dāng)光由介質(zhì)n1射入n2臨界角ic ic=sin-1(n2/n1)全反射:入射角i1ic，入射光全部反射光纖內(nèi)層n11.8，外層內(nèi)層n21.4 ic 51第19頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一捕獲彩虹折射率-指光在真空中的運動速度，和在

7、某種 介質(zhì)中減慢的運動速度之比。英國科學(xué)家，2007在11月15日 自然“超材料”是一種人造的電磁-光學(xué)材料，即在 透明材料中置入一些微型的金屬包含物。負折射率的特性。 折射率為正，意味著光基本上還是朝同一方向 運動?！俺牧稀钡呢撜凵渎侍匦允沟霉庠谝欢ǔ潭壬习丛较蛘刍兀@樣一來，光的運行速度就慢慢地減緩下來，直至停止。將這種“超材料”夾在兩種普通的材料中間，且一端寬一端窄。這種寬度差異可以使光的不同波長 停留在不同點上，最后實現(xiàn)“當(dāng)每個頻率成分都被截留時，所有光波的分布呈立體狀”，這樣就可以在“超材料”上形成一道彩虹。慢化光速意義非凡 使光子停止，操縱光子以便把信息輸入光子，然后根據(jù)需要再

8、將光子發(fā)往某地 以及某時再發(fā)-新一代計算機的曙光。 由于光學(xué)裝置天生就具有難以置信的高帶寬，因此，截留光的方法使得光子可以被儲 存，從而芯片上可以儲存海量數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)流領(lǐng)域的革命。 “過量的數(shù) 據(jù)常常在同一時候抵達某些點”。假設(shè)數(shù)據(jù)是通過光子而非電子傳輸，那么根據(jù)赫斯的理論，就可以通過給光子設(shè)置限速，使某些頻率的數(shù)據(jù)傳輸減速，以便其它數(shù) 據(jù)通過。第20頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一全息照相 全息照相的原理光波所帶信息:振幅-光強頻率-頻色位相振動方向第21頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一全息記錄全息記錄 通過干涉的方法記錄了物光波上各點的全部光

9、信息，包括振幅和位相，這就是所謂波前的全息記錄。 第22頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一平面全息圖和體全息圖平面全息圖：根據(jù)記錄介質(zhì)感光層的厚度l 與干涉條紋間距d之比來區(qū)分，當(dāng)d l 時，記錄介質(zhì)相當(dāng)于一薄層，在其厚度方向上沒有干涉條紋，稱為平面全息圖。體全息圖：當(dāng)d 1 Mbit/s第30頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一6.2 全息存儲的特點4、可進行并行內(nèi)容尋址全息存儲器可以直接輸出數(shù)據(jù)頁或圖像的光學(xué)再現(xiàn)；在再現(xiàn)出的光學(xué)像被探測到并被轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)圖樣之前，就可以對它們用光學(xué)方法進行并行處理，以提高存儲系統(tǒng)進行高級處理的功能。第31頁，共4

10、4頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一 阿貝成像原理 一百多年前，德國人阿貝(E. Abh，1874年)在研究如何提高顯微鏡的分辯本領(lǐng)時，提出了阿貝成像原理，為現(xiàn)代變換光學(xué)奠定了基礎(chǔ)。1.1 阿貝成像原理第32頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一阿貝成像原理著眼于頻譜的轉(zhuǎn)換 相干成像過程分兩步完成:第一步是入射光經(jīng)物平面 發(fā)生夫瑯和費衍射，在透鏡后焦面上形成一系列衍射斑；第二步是干涉，即各衍射斑發(fā)出的球面次波在像平面(x，y)上相干迭加，像就是干涉場。第33頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一空間濾波用改變頻譜的手段來改造信息（改造圖像）。 空

11、間濾波的具體作法： 物信息的頻譜展現(xiàn)在透鏡的后焦面上，可以在這平面上放置不同結(jié)構(gòu)的光闌，以提取(或摒棄)某些頻段的物信息，即可主動地改變頻譜，以此來達到改造圖像的目的。 廣義地說，凡是能夠直接改變光信息空間頻譜的器件，通稱空間濾波器，或光學(xué)濾波器。第34頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一 在焦平面上的一個水平狹縫消除了網(wǎng)格像的水平線條 第35頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一阿貝波特系列實驗 阿貝于1873年、波特于1906年分別做了實驗。部分實驗內(nèi)容及結(jié)果: 第36頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一部分實驗內(nèi)容及結(jié)果:第37頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一空間濾波(a)輸入圖像 (b)用針孔濾掉高頻的輸出圖像 第38頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一低通濾波器 低通濾波器主要用于消除圖像中的高頻噪聲。例如，電視圖像照片、新聞傳真照片等往往含有密度較高的網(wǎng)點第39頁，共44頁，2022年，5月20日，3點50分，星期一高通濾波器 高通濾波器用于濾除頻譜中的低頻部分，以增強像的邊緣，或?qū)崿F(xiàn)襯度反轉(zhuǎn)。其大體結(jié)構(gòu)如左圖所示，中央光屏的尺寸由物體低頻分布的寬度而定。 高通濾波器結(jié)構(gòu)第40頁，共44頁，