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光电子技术21.pptx
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1、光电子技术与应用2024/4/15 周一1第第2章章 光学基本知识与光场传播规律光学基本知识与光场传播规律2.1.1 2.1.1 光的基本属性光的基本属性 波动性和粒子性(波粒二象性)波动性和粒子性(波粒二象性)1 1、光子与其他粒子的主要区别?服从的分布不一样。、光子与其他粒子的主要区别?服从的分布不一样。2 2、具有相同能量和动量的光子彼此不可区分,处于同、具有相同能量和动量的光子彼此不可区分,处于同一光子态。一光子态。3 3、光子的运动受量子力学的测不准原理限制。、光子的运动受量子力学的测不准原理限制。4 4、相空间体积与相格、相空间体积与相格 2.1 光学基础知识光学基础知识光电子技术
2、与应用2024/4/15 周一2o 光子的相干性和光子简并度光子的相干性和光子简并度相格的空间体积相格的空间体积=相干体积?相干体积?o 结论:结论:n1 1、相格空间体积以及一个光波模式或光子态占有的、相格空间体积以及一个光波模式或光子态占有的空间体积都等于相干体积。空间体积都等于相干体积。n2 2、属于同一量子态的光子或同一模式的光波是相干、属于同一量子态的光子或同一模式的光波是相干的,不同量子态的光子或不同模式的光波是不相干的,不同量子态的光子或不同模式的光波是不相干的。的。n3 3、模式、光子的量子态、相干体积、相格等价、模式、光子的量子态、相干体积、相格等价光电子技术与应用光子简并度
3、o当体系处于热平衡时,在n个光子中,出现在能量为 状态的最可几数目 是由体系温度和能量决定的:o由此可得黑体在温度T下,在一定频率间隔内的平衡辐射能量:o从而得到单位体积单位频率间隔内的黑体辐射能量为:光电子技术与应用2024/4/15 周一4光波模式和光量子态的等价问题o光波模式:把每一个能代表场振动的分布叫做光的一种模式。场的不同本征振动状态表示为不同的模式。每一种本征振动状态表示的是在给定初始条件和边界条件下的麦克斯韦方程组的一个特解。o在光频区,一种光的模式表示麦克斯韦方程组的一个特解,代表具有一定偏振、一定传播方向、一定频率和一定寿命的光波。光电子技术与应用2024/4/15 周一5
4、2.1.2 2.1.2 折射折射 反射反射 全反射全反射当时,逐渐增大入射角,反射角会增大,时,逐渐增大入射角,反射角会增大,达到直角达到直角2.1 光学基础知识光学基础知识光电子技术与应用2024/4/15 周一6此时有:此时有:当时,入射光的能量全部被界面反射回光时,入射光的能量全部被界面反射回光密介质,即称为全反射。密介质,即称为全反射。光电子技术与应用2024/4/15 周一72.1.3 偏振(Polarization)振动方向和传播方向不对称 1.光的偏振态 线偏振光:光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面自然光:2.1 光学基础知识光学基础知识光电子技术与应用20
5、24/4/15 周一8部分偏振光:部分偏振光:平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强2.1 2.1 光学基础知识光学基础知识光电子技术与应用2024/4/15 周一9圆偏振光、椭圆偏振光圆偏振光、椭圆偏振光 右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光2.1 光学基础知识光学基础知识光电子技术与应用2024/4/15 周一102.偏振度偏振度 Ip 部分偏振光中包含的完全偏振光的强度部分偏振光中包含的完全偏振光的强度It 部分偏振光的总强度部分偏振光的总强度In 部分偏振光中包含的自然光的强度部分偏振光中包含的自然光的强度完全偏振光完全偏振光(
6、线、圆、椭圆线、圆、椭圆)P=1自然光自然光(非偏振光非偏振光)P=0部分偏振光部分偏振光0 P,D d (d 10-4m,D m)波程差:波程差:相位差:相位差:明纹明纹 暗纹暗纹 pr1 r2 x x0 xI xxDdo光电子技术与应用2024/4/15 周一17条纹间距条纹间距(1)一系列平行的明暗相间的条纹;一系列平行的明暗相间的条纹;(3)中间级次低;中间级次低;明纹明纹:k,k=1,2,3(整数级整数级)暗纹暗纹:(2k+1)/2 (半整数级半整数级)(4)条纹特点条纹特点:(2)不太大时条纹等间距;不太大时条纹等间距;某条纹级次某条纹级次=该条纹相应的该条纹相应的(r2-r1)/
7、光电子技术与应用2024/4/15 周一18二二.光强公式光强公式若若I1=I2=I0 ,则则光强曲线光强曲线I0 2-2 4-4 k012-1-24I0 x0 x1x2x-2x-1sin 0 /d-/d-2 /d2 /d光电子技术与应用2024/4/15 周一192.1.5 光的衍射光的衍射(Diffraction of light)1 衍射现象、惠更斯衍射现象、惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理一一.光的衍射光的衍射1.现象现象:*S衍射屏衍射屏观察屏观察屏a 10-3 a2.定义定义:光在传播过程中能绕过障碍物光在传播过程中能绕过障碍物*S衍射屏衍射屏观察屏观察屏L L的边缘而偏离直线传播的现象
8、的边缘而偏离直线传播的现象光电子技术与应用2024/4/15 周一20二二.惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理波传到的任何一点都是子波的波源,波传到的任何一点都是子波的波源,pdE(p)rQdSS(波前波前)设初相为零设初相为零n 远场衍射远场衍射(2)夫琅禾费衍射夫琅禾费衍射近场衍射近场衍射(1)菲涅耳衍射菲涅耳衍射 3.分类分类:各子波在空间某点的相干叠加,就各子波在空间某点的相干叠加,就决定了该点波的强度。决定了该点波的强度。光电子技术与应用2024/4/15 周一21P处波的强度处波的强度取决于波前上取决于波前上Q点处的强度点处的强度K():方向因子方向因子光电子技术与应用2024/4/
9、15 周一222 单缝的夫琅禾费衍射、半波带法单缝的夫琅禾费衍射、半波带法一一.装置装置*S f f a 透透 镜镜L 透镜透镜LpAB缝平面缝平面观察屏观察屏0二二.半波带法半波带法(缝宽缝宽)S:单色光源单色光源 :衍射角衍射角 中央明纹中央明纹(中心中心)当当时,可将缝分为两个时,可将缝分为两个“半波带半波带”AP和和BP的光程的光程差差光电子技术与应用2024/4/15 周一23a12BA半波带半波带半波带半波带12两两个个“半半波波带带”上上发发的的光光在在P处处干干涉涉相相消消形成暗纹。形成暗纹。当当时,可将缝分成三个时,可将缝分成三个“半波带半波带”P处近似为明纹中心处近似为明纹
10、中心Ba/2/2A/2/2半波带半波带半波带半波带1212光电子技术与应用2024/4/15 周一24a/2/2BA形成暗纹。形成暗纹。当当 时时,可可将将缝缝分分成成四四个个“半半波波带带”,暗纹暗纹明纹明纹(中心中心)中央明纹中央明纹(中心中心)上述暗纹和上述暗纹和中央明纹中央明纹(中心中心)位置是准确的,位置是准确的,其余明纹中心的位置较上稍有偏离。其余明纹中心的位置较上稍有偏离。一般情况一般情况光电子技术与应用2024/4/15 周一25三三.振幅矢量法、光强公式振幅矢量法、光强公式(N很大很大)每个窄带发的子波在每个窄带发的子波在P点振幅近似相等点振幅近似相等,设为设为P处的合振幅处
11、的合振幅EP 就是各子波的振幅矢量和的模就是各子波的振幅矢量和的模透镜透镜 f px x xsin 缝平面缝平面缝宽缝宽a ABC0观测屏观测屏光电子技术与应用2024/4/15 周一26P 处是多个同方向、同频率、同振幅、初处是多个同方向、同频率、同振幅、初对于对于O点点:=0,=0E0 E0E0=N E0对于其他点对于其他点P:EP E0EP E0当当N 时时,N个相接的折线将变为一个个相接的折线将变为一个圆弧。圆弧。相依次差一个恒量相依次差一个恒量 的简谐振动的合成,的简谐振动的合成,合成的结果仍为简谐振动。合成的结果仍为简谐振动。光电子技术与应用2024/4/15 周一27令令有有又又
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