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文本内容:
现代光学技术试验迈克尔逊干涉仪单色仪的调整和使用激光散斑测量全息术椭偏仪偏振光特性讨论双光束干涉多光束干涉衍射干涉、衍射偏振、多光束干涉偏振光的波动特性■关于波动的描述方法绳波o点为波的起点,波以速度V向X的正向传播在O点振动为在A点振动为■波动曲线■光波的表达式•三角函数表达式-平面波球面波•复振幅表达式-平面波-球面波球面波的近轴公式光的干涉特性双光束干涉光强分布公式全息光栅试验两个球面波R、0相对于全息干板面对称入射点坐标为0b-1R点坐标为0-b-1两束光的干涉公式•两个球面波的干涉光强的计算方法和结果■干涉条纹的特点和位置•条纹间隔为浦/4bm=0±1±
2....■光源的相干性和干涉条纹的对比度空间相干性点光源和扩展光源时间相干性单色光、准单色光和复色光对比度的定义杨氏试验为例说明光的相干性迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪的条纹特点等厚条纹多光束干涉双光束干涉条纹与多光束干涉条纹的对比光程差公式相同A=2ndsin(|)2干涉光强分布不同-(双光束,反射光)-(多光束,透射光)光的衍射特性■光的衍射(Diffraction)•意义
1、是光的波动性的有力证据
2、设计光学仪器的理论依据(几何光学元件,衍射光学元件)
3、全息术的理论基础•定义17世纪Grimaldi*光波在传播过程中遇到障碍物后所发生的偏离直线传播的现象(光波绕到障碍物的几何阴影区的现象)1954年(Sommerfeld.索末菲)*不能用反射和折射来解释的光线对直线光路的任何偏离;1999年《中国激光》*波动方程的非本征解在传输过程中趋向本征解光束的现象光的衍射现象光波遇到障碍物时偏离直线传播而进入几何阴影区域,使光线重新分布的现象惠更斯一菲涅耳(Huygens-Fresnel)原理惠更斯(1690年)水设波源S在某一时刻的波阵面ZE上每一个面元看作一个产生球面子波的次级扰动中心,发出球面波,以后任何时刻新的波面是全部这些子波的包络面Z波而的法线方向就是波的传播方向菲涅耳(1808年-1802年杨氏Thomas.Young干涉试验的基础上)*假设这些子波相互干涉惠更斯原理图示衍射公式衍射现象的分类
1、几何深区(圆孔的几何投影)
2、菲涅耳衍射区(半径随距离增大而增大的同心圆环,同时圆环数目削减,圆环中心的亮度随距离变化,中心可以为亮斑)
3、夫琅和费衍射区(当距离很大-满意肯定条件时,中心总是亮的,中心的亮圆与圆孔的大小成反比,与距离成正比,外圈为亮暗环)单缝的夫琅和费衍射单缝的宽度为a单缝距观看屏为z光的波长为大中心主极大的半宽度为圆孔的夫琅和费衍射公式圆孔的夫琅和费衍射公式(中心主极大的半径)衍射光栅一维矩形光栅的衍射光强的分布公式光栅光强分布公式•单缝衍射因子-极大值位置为a=0-微小值位置为:a=m;rsinO=m/Jb•多缝干涉因子-极大值位置为p=mNnsin0=mZ/dm=moNmO=O±1±2…-微小值位置为:=musinO=mX/Ndm=±l±2…±N-l;±N+
1...■光栅光强分布的曲线波长:
0.0005893mm;透镜焦距:300mm透光缝宽:a=
0.01mm;光栅周期:d=
0.02mm;光栅的总条数:N=4洪画多少级:±5波长:
0.0005893mm;透镜焦距:300m;透光缝宽:a=
0.01mm光栅周期:d=
0.03mm;光栅的总条数:N=100洪画多少级:±6■光栅的辨别本事谱线的半角宽度光栅的角色散本事光栅的光谱辨别本事由公式可见光栅的光谱辨别本事与光栅的总条数N成正比,谱线所在的级次越高辨别本事越高振幅光栅的衍射效率指衍射级光强与入射光强的比不高,入射光能量集中在无色散的军级,为了将入射光能量集中在有色散的衍射级上,人们设计了闪烁光栅衍射光栅的种类振幅型光栅、位相型光栅;反射型光栅、透射型光栅;一维光栅、二维光栅、三维光栅;正弦光栅、矩形光栅;光栅方程式d(sin(|)+sin0)=mZ闪烁光栅的原理n为刻槽面法线方向;N为光栅面法线方向;(p为光线的入射角为光线的衍射角;0b光栅的闪烁角;成为光栅的闪烁波长光的偏振特性光是横波在各向同性的介质中S与K同向在各向异性的介质中S与K不同向光的五种偏振态
1、线偏振光:在光波传播过程中E(H)只限于在一个平面中的光叫做平面偏振光(线偏振光)
2、圆偏振光E矢量的端点的运动轨迹为圆(右旋和左旋)
3、椭圆偏振光E矢量的端点的运动轨迹为椭圆(右旋和左旋)
4、自然光
5、部分偏振光线偏振光+自然光产生偏振光的方法
1、采用偏振片
2、采用反射现象
3、采用散射现象
4、采用双折射晶体菲涅耳公式(只写出反射)布鲁斯特角tanil=n2/nl■马吕斯定律和消光现象pi与P2方向的夹角为e.五种偏振光通过P2的光强变化.■晶体的各向异性和双折射现象设原子为电偶极子,如图可以看成三个方向的弹簧振子将外电场按这三个方向分解方解石的例子o光:Ordinary(寻常光);et:Extraordinary(非寻常光)偏振器件尼科耳棱镜和格兰棱镜波晶片构造单轴晶体使其光轴与表面平行两个相互垂直的振动的合成椭圆方程式椭偏仪椭偏仪的基本原理反射光的P重量和S重量的比值激光光束特性■激光的产生•激光器的谐振腔工作物质被激活后产生粒子数反转,发生受激辐射,能使光得到放大光在由两片高反射率的镜片和激活物质组成的谐振腔之间多次的反射形成激光输出•高斯光束的形成以试验室常用的氮氟激光器为例说明波长为
632.8nm
3.39pim、
1.15pm•由激光器出射的高斯光束d=250mm九二
0.0006328mmw0=
0.2244mm■激光高斯光束的特点高斯光束的复振幅和光强表达式高斯光束的传播公式高斯光束过程中光束轮廓为绕Z轴旋转的双曲面高斯光束特性图解■高斯光束经透镜后的变换激光散斑测量当一束激光照耀到具有漫射特性的粗糙表面上时,在反射光的空间中用一个白色的屏去接收光总可以看到一些斑点这就是激光散斑现象经透镜成象形成的散斑是主观散斑在自由空间传播形成的散斑叫做客观散斑散斑的大小、位移及运动是有规律的,它可以反映激光照明区内物体及传播介质的物理性质和动态变化■激光散斑的应用在工业生产中的应用采用对激光散斑的动态测量法测量生产线上工件及产品的移动速度在燃烧学和热物理中的应用采用激光散斑照相技术测量火焰的结构和温度场的温度分布在医学讨论中的应用非侵入的测量皮肤下微循环的速度测量心脏的心动图采用主观散斑的运动规律对人眼的进行主观验光•天文学测量中的应用采用星体斑纹干涉术可以克服大气扰动的影响获得高辨别的图象•采用散斑进行光学图象处理例如图象相减等动态散斑图关于自相关函数的解释关于自相关函数拟和程序的解释自相关函数的理论公式为自相关函数的试验公式为其中C和〃为不等于1的正数试验公式的拟和方法是令y二gAx-cb=-I/S2然后等式两边取自然对Iogy=loga+bx2;令Y=logyA=logaX=x2则可以用线性拟和公式进行拟和Y=A+bX一维自相关函数图关于相互关函数的解释fx与fx+Ax的相互关函数一维相互关函数图问题•写出光栅方程式光栅的周期为d光的波长为九当激光输出为单横膜时,激光光束叫做?,当其束腰的宽度为
0.02mm时它的准直距离为?激光散斑的大小是用什麽函数来计算的?用简洁的语句谈谈听了两次讲座的体会和收获。