精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用 - 課程概述與基礎(chǔ)理論

Einstein's

General

Relativity引力波

愛因斯坦廣義相對論預(yù)言

由于空間質(zhì)量和速度的變化

導(dǎo)致的時空波動

以光速傳播

時空曲率的擾動以行進波的

形式向外傳遞的一種方式B.

P.

Abbott

et

al.

(LIGO

Scientific

Collaboration

and

the

Virgo

Collaboration),“Observation

of

Gravitational

Waves

from

a

Binary

Black

Hole

Merger,”

Phys.Rev.

Lett.

116,

061102

(2016).激光干涉引力波探測原理Ref.:

/articles/v9/17?

光學–激光器、干涉儀、光學元件……?

機械–真空、隔振、穩(wěn)頻……?

電學–極微弱信號檢測、去噪……?

軟件–信號的處理與顯示……?????課程名稱：精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用課程學分：2學分上課時間：春學期

周一下午6-7節(jié)(13:15-

-15:40)實驗時間：3月中下旬主要內(nèi)容：–現(xiàn)代干涉測試技術(shù)理論–干涉條紋與Zernike多項式–干涉條紋處理與相位恢復(fù)–干涉球面檢測與子孔徑拼接–干涉非球面檢測技術(shù)與系統(tǒng)–常見干涉儀原理及其特點–光學干涉檢測系統(tǒng)總體設(shè)計——光的特性及光學原理——光程差及多項式擬合——干涉算法及軟件流程——光學調(diào)整及進階算法——復(fù)雜面形檢測及晉級——知識拓展并舉一反三——全局把握與系統(tǒng)工程?

光的波粒二相性

牛頓Isaac

Newton

1642—1727

惠更斯Christian

Huygens

1629—1695

楊氏Thomas

Young

1773—1829

菲涅爾Augustine-Jean

Fresnel

1788—1827衍射、干涉、色散、折射

波動說直進、反射、偏振、折射

微粒說?

光的電磁理論

麥克斯韋James

Clerk

Maxwell

1831—1879波動說……積分及微分形式的麥克斯韋方程組?

光的量子理論

普朗克

Max

Planck

1858—19471900年，量子假說

愛因斯坦

Albert

Einstein

1879—19651905年，光子理論微粒說……0

cos(

)

x

E

kz

t

x

cos(

)

E

kz

t

y

?

偏振?

線偏振、圓偏振、橢圓偏振?

左旋、右旋

E

0y

假設(shè)光的傳播方向沿z軸正向，選取垂直于波矢k的平面內(nèi)兩個正交方向分別為x軸和y軸。則單色平面波在兩方向上的振動可以表示為：0

cos(

)

x

E

kz

t

x

cos(

)

E

kz

t

y

?

線偏振、圓偏振、橢圓偏振

E

0y

0

cos(

)

x

E

kz

t

x

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)

E

kz

t

y

?

線偏振、圓偏振、橢圓偏振

E

0y

0

cos(

)

x

E

kz

t

x

cos(

)

E

kz

t

y

?

左旋、右旋

E

0y

E0xcos(kz

t)x

E

cos(kz

t

)y

?

自然光、部分偏振光?

偏振度P

Imax

IminImax

Imin

E

0y

?

偏振光的產(chǎn)生

–反射和折射

?

布儒斯特角

–二向色性

–雙折射

–散射偏振分光棱鏡?

偏振光的產(chǎn)生

–反射和折射

–二向色性

–雙折射

–散射二向色性源于物理上的各向異性，存在著一個特殊方向，當振動的電矢量與其平行時被吸收得較少，光可以較多地通過；而振動的電矢量與其垂直時被強烈地吸收，光通過得很少。H偏振片?

偏振光的產(chǎn)生

–反射和折射

–二向色性

–雙折射

–散射讓一束平行的自然光束入射在冰洲石晶體的一個表面上，發(fā)現(xiàn)光束分解成兩束。如果用檢偏器來檢驗雙折射產(chǎn)生的o光和e光的偏振態(tài)，就會發(fā)現(xiàn)o光和e光都是線偏振的。Wollaston棱鏡?

偏振光的產(chǎn)生

–反射和折射

–二向色性

–雙折射

–散射波片：由單軸晶體中切割下來的平行平板，其表面與晶體的光軸平行。平行光正入射時，平行于光軸的分量為o光，垂直于光軸的分量為e光，兩光束傳播方向不改變，但有相位延遲。λ/4、

λ/2波片?

惠更斯—菲涅爾原理–子波相干疊加?

基爾霍夫衍射理論–標量衍射理論–速度快，精度尚可E2

02(P)cos

2

2(P)

(P,t)

E

t

?

產(chǎn)生干涉的條件

–頻率相同

–振動方向相同

–相位差恒定

2E1(P,t)

E01(P)cos

1t

1(P)

E(P,t)

E1(P,t)

E2(P,t)

E01(P)cos

1t

1(P)

E02(P)cos

2t

2(P)

I(P)

E2(P,t)

E01(P)cos

1t

1(P)

E02(P)cos

2t

2(P)

I1(P)

I2(P)

2

I1(P)

I2(P)

cos

1t

1

cos

2t

2

由于

cos

1t

1

cos

2t

2

cos

1

2

t

(

1

2)

cos

1

2

t

(

1

2)

所以……

實際中的光波通常并不滿足這些條件，要使它們發(fā)生

干涉必須利用一定的裝置并讓它們滿足相干條件，這樣的

裝置稱為干涉儀。亞利桑那大學

光學中心

干涉儀主機置于三層樓高

的架子大型天文望遠鏡檢測22TMT望遠鏡(Thirty

Meter

Telescope)美國夏威夷莫納克亞山(國際著名的優(yōu)良天文臺址)非球面通用化檢測系統(tǒng)環(huán)形徑向剪切干涉檢測系統(tǒng)原理圖

高能激光脈沖光束質(zhì)量檢測

飛行體、風洞高速流場檢測

現(xiàn)場、實時、在線檢測瞬態(tài)激光波前診斷系統(tǒng)針孔點衍射干涉儀系統(tǒng)原理及光路圖超高精度面形檢測系統(tǒng)

面形檢測精度優(yōu)于1/1000λPV交叉光柵剪切干涉系統(tǒng)并行計算

硬件運算緊湊型

大動態(tài)范圍

涵蓋如下幾方面：

光是什么？

……

光有哪些特性？

……

偏振及其產(chǎn)生方法？

……

光的衍射

……

光的干涉產(chǎn)生

……?

課堂測驗-3?

專業(yè)知識應(yīng)用

20分(3月20日前提交)

–選擇5項以上生活中涉及到光電相關(guān)知識的現(xiàn)象、事物、產(chǎn)品、場

景等，試著從光電專業(yè)的角度去解釋、分析

–例如，墨子號、發(fā)現(xiàn)類地行星、太陽能、博物館、手機屏與視力

、舞臺燈光……?

課程實驗?

課程報告20分(10分操作、10分報告，3月中旬開始)30分(4月15日前提交)–針對感興趣的課程中所涉及的內(nèi)容，整理一份文獻綜述報告–三人一組，注明分數(shù)分配(80:80:80？)，5頁以上，圖文并茂。如?

常見干涉儀及其特點?

新型干涉儀及其特點?：

光的偏振特性及其應(yīng)用?干涉圖解調(diào)方法研究???干涉位相調(diào)制技術(shù)與解調(diào)