现代光学基础讲稿.doc

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1、讲 稿2009 2010 学年 第 2学期学 院 、 系 室 金 山 学 院 课 程 名 称 现代光学基础专业、年级、班级 08电科主 讲 教 师 冯利第1讲 绪论 第1章 费马原理与变折射率光学(1-11-5) 本讲内容介绍本讲主要内容：惠更斯原理，折射率，光程，费马原理，建立和求解光线方程或光线径迹的方法；费马原理与成像的关系；波动光学的成就和费马原理的应用实例。 本讲重点折射率，光程，费马原理，建立和求解光线方程或光线径迹的方法；费马原理与成像的关系。本讲难点费马原理、建立和求解光线方程。 第 0 章课程导言一、波动光学 风光无限经典波动光学现代光学发展过程中有标志性的几项成就:1948

2、年全息术的发明 1955年作为像质评价标准的光学传递函数的确立 1960年新型光源激光器诞生连同 1942年第一台相衬显微镜问世 傅里叶变换光学理论的形成 光学信息处理技术的兴起二、*三、全课程内容结果1.费马原理与变折射率光学 2.波动光学引论 3.介质界面光学与近场光学显微镜 4.干涉装置与光场时空相干性激光 5.多元多维结构的衍射与分形光学 6.傅里叶变换光学与相因子分析方法 7.光全息术 8.光传播于晶体 9.光的吸收、色散和散射。1.1 惠更斯原理1惠更斯原理(Huygens, principle) 原理内容：波动所到达的媒质中各点，都可以看作为发射子波的波源，而后一时刻这些子波的包

3、迹便是新的波阵面。 2. 评价惠更斯 (Huygens,1629-1695)贡献：荷兰物理学家、天文学家和数学家。1690年出版论光，提出光的波动理论，从几何学上给出寻求光传播方向的普遍方法。不足：不能回答光振幅、光强度和光相位的传播问题 光波衍射理论3应用均匀介质：确定下一时刻球面波的波前；导出折射定律(大物学过,同学回去复习)非均匀介质（问：光线还是直线吗？）4 折射定律与光速比波动说： V光 V介，傅科、斐索（1850）微粒说：v1X= v2X，v2Yv1Y1.2 第二节 折射率1. 定义：2. 夫琅禾费谱线标识符号化学元素波长/nm色视觉冕牌玻璃轻火石重火石特重火石CDFGHNaHH6

4、56.3589.2486.1434.0红黄蓝紫1.520 421.523 001.529 331.534 351.572081.576001.586061.594411.666501.670501.680591.688821.713031.720001.737801.753243. 色散正常色散: 随波长增加折射率减小. 一般透明介质可见光波段发生正常色散. 色散本领:=例：图1.9 石英的色散曲线(1/)4. 折射率与光速比5. 折射率与波长比1.3光程1. 定义光程：光线路径的几何长度与所经过的介质折射率的乘积。均匀介质：介质分区均匀，如透镜或透镜组：变折射率介质： 2. 光程与相位差：3

5、. 光程与时差：4. 反射光束、折射光束的等光程性（同学课后自己去验证） 1.4费马原理1. 表述：光线沿光程为平稳值的路径而传播。：2. 数学表达式：3. 导出反射定律4. 导出折射定律1.5费马原理与成像1. 物像等光程性含义：物体之间各条光线的光程是相等的.说明：物点Q像点Q 、同心光束同心光束(同心光束的共轭变换)。 2. 导出球面折射傍轴成像公式结论：问：傍轴条件下能成理想的像吗？（不能。傍轴条件:u1rad,近似成像！只有平面镜才能成理想的像。）3. 反射等光程面-椭球面、抛物面、双曲面椭球面内两焦点间光的路径，光程为恒定值。例：葛利格里式反射望远镜光路图抛物面焦点发出的光，反射后

6、变为平行光，汇聚在无穷远处，光程为极大值。应用：天文望远镜的物镜，施密特系统天文望远镜 4. 齐明点单球面镜对宽光束也能成像，一对共轭的物、像点叫做齐明点。S=/ C/=-rn /n，S =/C /=rn/n应用：显微镜（国产生物显微镜、 体视显微镜、金相显微镜、 视频显微镜 ）5. 阿贝正弦定理：nysinu=n y sinu放大率: V=y/y, W=sinu/sinu结论: V W=n /n =const。思考：什么是共轭点、齐明点？什么是阿贝正弦定理？有何应用？作业：1.1,1.6第2讲 (1-61-8) 本讲内容介绍本讲主要内容：建立和求解光线方程或光线径迹的方法,波动光学的成就和费

7、马原理的应用实例。 本讲重点建立和求解光线方程或光线径迹的方法。本讲难点建立和求解光线方程。 1.6 自然变折射率1、：2、：3、：4、：1.7人工变折射率 强光变折射率*护套包层纤芯2a前言光纤分类：通信光纤、照明光纤（例：亮点光纤-装饰）1. 阶跃型光纤 rann00（1）光纤: 一种能够传输光频电磁波的介质波导。 （2）结构：纤芯包层护套。（3）重要参数：数值孔径（代表光纤的集光本领） 2梯度型光纤聚光光纤（1）纤芯折射率分布：。n(r)PQrn（2）正非线性效应：n0随光强增加而增大。光线路径：如图。（3）自聚焦光纤：ran00应用：， 。（4）自散焦：负非线性效应：n0随光强增加而降

8、低。应用：自散焦媒质中的高维光孤子。（5）微透镜应用：微透镜用于光学传感器，控制光透“关”或者“开” 。（LCD 液晶显示器） （6）讨论：为什么单根阶跃光纤不能传输图象？1.8 光线方程1. 特殊情形L=2p/WxAA y（1）利用折射定律推导光线方程（2）光线方程：2. *#导出聚光纤维子午光线的径迹 #：3.应用 ：4. 费马原理几度大放异彩例：。思考题：习题1.2，1.4 作业：1.7,1.8第3讲 (2-12-3) 本讲内容介绍本讲主要内容：光波的电磁性质、定态光波、复振幅描述、波前函数的表示方法；光波的数学描写及波前分析方法；自然光的偏振结构。 本讲重点光波的电磁性质、定态光波、复

9、振幅描述、波前函数的表示方法；光波的数学描写及波前分析方法。本讲难点复振幅描述、波前函数的表示方法。 2.1光是一种电磁波1、*特定波段的电磁波A 光辐射波长： 10nm1mm频率：31016Hz31011Hz视觉：紫外辐射、可见光和红外辐射 单位：可见紫外波段波长用nm、在红外波段波长用mm波数：单位习惯用cm-1光波（可见光）：。B电池波谱 1014 1012 1010 108 106 104 102 1 10-2 10-4 10-6 10-8 10-10l/mm声频电磁振荡无线电波毫米波红外光紫外光X射线g射线宇宙射线l/nm1106410461031.51067706225975774

10、9245539030020010红橙黄绿蓝紫近远极远可见光极远远中近C 应用：200米红外夜视系统、红外线的应用举例。光矢量振动面Ek0偏振面H2、*主要的电磁性质（1）.光是一种电磁扰动例：光学谐振腔里的光。（2）介质中的麦氏方程组（3）平面电磁波函数：、。(4) 光是横波3、*光强-平均电磁能流密度能流密度：。4、自然光的偏振结构2.2定态光波 复振幅描述1、 *定态波与脉冲波(1)定态波：在观测时间中，光源持续且稳定的发光，则波场中各点皆以同一频率作（振幅）稳定的振荡，这种波被称为定态波（stationary wave)(2)脉冲波：光源在极短时间中发光，以致波形局限于一小区域，称为波包

11、，波包按一定重复频率随时间在空间推移，形成脉冲波。（3）举例例1.激光光束(laser beam)产生。例2。脉冲光纤激光器 。2、 *定态光波的标量表示标量表示：。3、 *波函数的复数表示（1）平面简谐波(2)球面简谐波(3)柱面简谐波4、 *复振幅概念:.5、 *平面波复振幅及其特点 线性相因子6、 *球面波复振幅及其特点(a)发散球面波 (b)会聚球面波(c) 轴外点源情况7、 *光强与复振幅的关系2.3 波前函数1、 #广义波前概念2、 波前光学概述及举例 波前的描述与识别 波前的叠加与干涉 波前的变换与分解 波前的记录与再现3、 *平面或球面波前函数及其共轭波前(1)平面波 ，在Z=

12、0平面上的波函数为：。(2)其共轭波的波函数为 激光2激光1干板应用举例：相遇处激光多强？(3) 轴上点源Q：，在Z=0平面上的波函数为(4)共轭波的波函数应用举例：透镜透镜作业：.8，2.3预习思考:什么情况下适合用傍轴条件?远场条件呢? 第4讲 (2-42-5) 本讲内容介绍本讲主要内容：球面波向平面波的转化的傍轴条件和远场条件，双光束干涉强度公式，干涉场的衬比度；波叠加原理、波叠加的相干条件及其针对性；相干叠加的两个补充条件。 本讲重点球面波向平面波的转化的傍轴条件和远场条件，双光束干涉强度公式，干涉场的衬比度本讲难点复振幅描述、波前函数的表示方法。 2.4球面波向平面波的转化1、 球面

13、波、平面波的理论地位(1) 球面波:来自实际的点源或波前上的次波源,是理想模型.经典波动光学的基元成分(2) 现代光学:平面波为基元成分(3) 可以转化!2、 *傍轴条件和远场条件(1)复习 傍轴条件:s,r,x（2）傍轴条件或振幅条件： （3）远场条件。（4）小结。3、 *两个条件的比较4、 #轴外点源情形(球面波向平面波的转化) 2.5光波干涉引论1、 *波叠加原理问:P点的合振动S.P. 全反射镜部分反射镜AKHe-Ne laser激光光束(laser beam)线性波动学非线性波动学注意:2、 *波叠加的相干条件及其针对性U1U20X(3)举例：照片的对比度。问：谁的对比度高？（引出衬

14、比度）3、 双光束干涉强度公式（略）4、 *干涉场的衬比度 （1） 衬比度： 。例：求两相干光束在无背景光情况下的衬比度解：（2）衬比度的范围（3）双光束干涉强度公式(4)成一定夹角的衬比度 (课后自学) 5、 相干叠加的两个补充条件。6、 *线性光学系统(1)相干系统和非相干系统预习思考: 两束平行光的干涉场有什么特点?什么是空间频率? 作业：2-5第5讲 (2-62-7) 本讲内容介绍本讲主要内容：杨氏双孔干涉实验、干涉条纹间距公式、空间频率概念、惠更斯-菲涅耳原理及其数学描述、基尔霍夫衍射积分式、相位随机波和振幅随机波、光波叠加的特殊性，杨氏双孔干涉实验的经典意义和现实意义、四个时间尺度

15、、两种典型光路、衍射巴比涅原理。 本讲重点杨氏双孔干涉实验、干涉条纹间距公式、空间频率概念，光波叠加的特殊性。本讲难点惠更斯-菲涅耳原理及其数学描述、基尔霍夫衍射积分式。四个时间尺度、两种典型光路、衍射巴比涅原理。2.6 两个点源的干涉场 杨氏实验1、 实验现象普通光源：例：PiLas皮秒激光器 2、 #相位随机波和振幅随机波（略讲）3、 四个时间尺度（略讲）4、 *杨氏双孔干涉实验5、 *干涉条纹间距公式干涉条纹特点：间距公式：。6、 杨氏双孔干涉实验的经典意义和现实意义。人物简介：2.7 两束平行光的干涉场前言：波前的记录与再现。例：固态激光武器-相干合成光束。 1、 *干涉条纹间距公式（

16、1）干涉图 干涉场光强如何分布?（2）干涉条纹特点求: 2、 *空间频率概念空间频率公式：上例题：f3、 两种典型光路-高频大角度与低频小角度。例题：求全息光栅的空间频率。应用：光栅立体图1、光栅立体图2。光栅仿真模拟实景立体技术：以独特的“边缘优化及数据计算方法”,设计的立体图像曲面过渡自然、平滑、真实,前后层次分明,完全除去片状感,同时在制作中可以随心所欲修改立体图像.是平面转立体技术预习思考: 如何求衍射场的光强?圆孔和圆屏菲涅耳衍射有什么特点? 作业：2-7。第6讲 (2-82-10) 本讲内容介绍本讲主要内容：惠更斯-菲涅耳原理及其数学描述、基尔霍夫衍射积分式、圆孔衍射图样及其特征半

17、波带方法；衍射程度的三个等级、衍射系统及其分类，基尔霍夫边界条件与傍轴衍射积分公式、圆孔菲涅耳衍射轴上光强变化函数；衍射巴比涅原理、细致的矢量图解、泊松斑成像。 本讲重点惠更斯-菲涅耳原理及其数学描述、基尔霍夫衍射积分式、圆孔衍射图样及其特征半波带方法；衍射程度的三个等级、衍射系统及其分类，基尔霍夫边界条件与傍轴衍射积分公式、圆孔菲涅耳衍射轴上光强变化函数；。本讲难点惠更斯-菲涅耳原理及其数学描述、基尔霍夫衍射积分式、圆孔衍射图样及其特征半波带方法。2.8 光波衍射引论(b)0.16 mm0.02 mm(a)(c)1、 *光波衍射现象衍射程度的三个等级A衍射现象小结：(1)限制与扩展 (2)缝

18、宽与波长是敏感因子(3)实验结果 B衍射程度的三个等级 布 拉 格 反 射入射波散射波2、 *惠更斯-菲涅耳原理及其数学描述（1）菲涅耳积分公式： （2）物理意义:例：全息照相原理，波前再现实物图像。3、 *基尔霍夫衍射积分式 4、 *基尔霍夫边界条件与傍轴衍射积分公式菲涅耳-基尔霍夫积分公式 5、 衍射系统及其分类（1） 菲涅耳衍射（2）6、 衍射巴比涅原理2.9 圆孔和圆屏菲涅耳衍射1、 *衍射图样及其特征2、 *半波带方法例: 求：讨论:解：特点:3、 对圆孔衍射现象的说明4、 #细致的矢量图解螺旋式曲线5、 对圆屏衍射泊松斑的说明6、 #泊松斑成像无透镜成像术7、 #特例验证菲涅耳原理

19、和基尔霍夫衍射积分式8、 *圆孔菲涅耳衍射轴上光强变化函数2-10波带片1、*波带片的制作2、*轴上相应点的衍射光强（平行光照明-若干实焦点与虚焦点）(1)焦距公式实焦点:虚焦点:结论:经波带片以后,复杂的衍射场可以被分解为一系列会聚球面波和发散球面波的叠加场.(2)波带片成像-类透镜物象公式： 第一焦点:问：第二焦点？应用：3、现代新型波带片预习思考: 夫琅禾费衍射有何特点? 作业：2-9 2-10第7讲 (2-112-15) 本讲内容介绍本讲主要内容：单缝和圆孔夫琅禾费衍射装置的特点,衍射(强度)积分法, 衍射图样的主要特征；成像仪器分辨本领概念与瑞利判椐。衍射(强度)矢量图解法；人眼分辨

20、本领与瞳孔直径；望远镜分辨本领与物镜口径,偏振光引理，部分偏振光的部分相干性。 本讲重点单缝和圆孔夫琅禾费衍射装置的特点,衍射(强度)积分法, 衍射图样的主要特征；成像仪器分辨本领概念与瑞利判椐。人眼分辨本领与瞳孔直径；望远镜分辨本领与物镜口径。本讲难点衍射(强度)积分法、望远镜分辨本领。2.11 单缝夫琅禾费衍射1、* 装置与现象 单缝宽度、装置特点。2、#矢量图解 ； （2）强度： 3、*衍射图样特点 *#2-12 矩孔和三角孔夫琅 禾费衍射(自学)*(1) (2) (a) (c) 艾里斑光强 *(1) ，(2)光学仪器的分辨本领对于两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源的衍射图

21、样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分辨. 例：哈勃太空望远镜的分辨本领。问：如何定义分辨本领？(3)助视光学仪器最小分辨角: 光学仪器分辨率: （1）结构（2） 4、 （1）：（2）最小可分辨角：例2问: （3）关于新型望远镜(了解)5 显微镜分辨本领与物镜数值孔径（1）特点： （2）如何提高显微镜的分辨本领实际:100-200倍. (4)应用：电子显微镜拍摄的物质结构照片；扫描隧道显微镜拍摄的照片。*（1） （2）：， ；。（3）*，课后思考题：习题2.22,2.24, 特征振动方向与局部坐标架有何区别?课后作业：2.15,2.19

22、,2.25,2.29第8讲 (3-13-2) 本讲内容介绍本讲主要内容：三列基元波函数，电磁场的边值关系，特征振动方向，菲涅耳公式，复振幅、光强、光功率反射率与透射率，布儒斯特角；局部坐标架，玻片组透射起偏器，光强反射曲线；Stokes倒逆关系，菲涅耳公式成立条件。 本讲重点三列基元波函数，电磁场的边值关系，特征振动方向，菲涅耳公式，复振幅、光强、光功率反射率与透射率，布儒斯特角.本讲难点局部坐标架，玻片组透射起偏器，光强反射曲线。31菲涅耳公式引言光在两介质分界面上反射和折射时,反射光、折射光的传播方向、能流分配、相位变更和偏振态如何？1、*三列基元波函数： 2、*满足电磁场的边值关系3、#

23、特征振动方向与局部坐标架4、*菲涅耳公式5、#菲涅耳公式成立条件32反射率与透射率1、*复振幅反射率与透射率（1）复振幅反射率与透射率例1问：各量为多少？解：问：2、*光强反射率与透射率 例2 问：各量为多少？3、#光强反射曲线与布儒斯特角（1）（2）布儒斯特角4、玻片组透射光的偏振度5、*光功率反射率与透射率-光功率守恒6、*斯托克斯逆到关系问：结论：课后思考题：近场扫描光学显微镜的构造原理是什么？有哪些特点？有哪些应用？课后作业：3.3第9-10讲 (3-33-6) 本讲内容介绍本讲主要内容：隐失波函数、隐失波的穿透深度、特点、能流分析；相位突变原理，近场显微镜的结构原理；反射相位突变的几

24、个问题，自然光入射时反射光的偏振态，近场显微镜的特殊功能。 本讲重点隐失波函数、隐失波的穿透深度、特点、能流分析；相位突变原理，近场显微镜的结构原理。本讲难点反射相位突变的几个问题。3.3 反射光的相位变化回顾：光的反射、折射定律，菲涅耳定律1、 概述介质界面光学性能参数的突变,将导致光波场的突变。 （1）（2）（3）2、 *相移变化曲线相移:结论: （1）正入射，,界面反射有相位突变，有半波损失； 界面反射无相位突变，无半波损失； （2）掠入射， 和 界面反射均有半波损失。例题1 菲涅耳棱镜产生圆偏振光.i1i2PS3、 #反射相位突变问题例题2 求光程差。4、 维纳实验3.4 反射光的偏振

25、态1、 *自然光入射时反射光的偏振态2、 几个常用结果3.5 全反射时的投射场隐失波1、 问题提出问题提出：当入射角大于临界角时，出现全反射现象，此时是否透射光场为零？2、 *导出隐失波函数3、 *隐失波的穿透深度例:5、*隐失波的特点 （1）波矢两分量（2）两方向的波性（3）传播速度 （4）能流特征 隐失波的实验现象与应用:受抑全反射光学隧道效应。5、 古斯-哈恩森位移 3.6 近场扫描光学显微镜前言（1）纳米科技突飞猛进的发展（2） 扫描探针显微镜的产生扫描探针显微镜的原理：当探针与样品表面间距小到纳米级时，按照近代量子力学的观点，由于探针尖端的原子和样品表面的原子具有特殊的作用力，并且该

26、作用力随着距离的变化非常显著。当探针在样品表面来回扫描的过程中，顺着样品表面的形状而上下移动。独特的反馈系统始终保持探针的力和高度恒定，一束激光从悬臂梁上反射到感知器，这样就能实时给出高度的偏移值。样品表面就能记录下来，最终构建出三维的表面图。（3）扫描探针显微镜的应用1、NSOM工作原理计算机控制和图象处理光电倍增管Xyz运动机构和反馈压电转换器光纤针尖样品棱镜全内反射2、独特功能入射光样品隐失场光纤尖端3、 神奇的构想4、 性能比较作业： 3.7 预习思考：分波前干涉有哪几种？第11讲 (3-33-6) 本讲内容介绍本讲主要内容：各种分波前干涉的条纹特点，干涉条纹的移动特点；各种类型光源照

27、明时的部分相干场；分波前干涉装置特点；散斑干涉；光源极限宽度或双孔极限。 本讲重点各种分波前干涉的条纹特点，干涉条纹的移动特点；各种类型光源照明时的部分相干场；分波前干涉装置特点；光源极限宽度或双孔极限。本讲难点各种类型光源照明时的部分相干场。4.1 分波前干涉装置回顾：光波干涉引论问题提出：干涉条纹有哪些静态、动态特点？一、 概述 波列干涉的方法有：分波前法：一束光经过两个光学系统后，经反射、折射、或散射实现交叠干涉。分振幅法：一束光经过分束器变成两束，光能流一部分反射，一部分透射，各自再经过光学元件后交叠干涉。二* 几种分波前干涉装置 1、菲涅耳双面镜 2、菲涅耳双棱镜 3、劳埃德镜 4、

28、散斑干涉注：两点说明#（1）狭缝光源 （2）衍射效应三* # 干涉条纹的静态、动态特点1、干涉条纹的变动特点例题2 结论 使干涉条纹发生移动的方法: 改变光路中的媒质、点源移动。例题32、 点源位移导致条纹移动特点。 4.2光源宽度对干涉衬比度的影响问题提出：干涉装置中的实际光源不是理想的点光源时，光的干涉又是怎样的？一、概述 扩展光源：具有一定的几何线度或面积的光源，可看成大量点源的集合。 干涉特点：一般是非相干叠加，干涉条纹衬比度比点源有所降低。二* # 各种光源的部分相干场 1、两个分离点源照明的部分相干场 2、线光源照明的部分相干场注意：光源极限宽度或双孔极限间隔特点。3、 面光源照明

29、的部分相干场4、 方孔光源照明的部分相干场5、 圆盘光源照明的部分相干场讨论：各种光源照明时的部分相干场有何共性？结论：光孔极限宽度公式中的K决定光源形状形状因子。自学内容：环状光源照明的部分相干场预习思考：什么是空间相干性反比公式？作业：4.1, 4.4第12讲 (4-34-5) 本讲内容介绍本讲主要内容：光场的空间相干性，空间相干性反比公式、迈克耳孙星体干涉仪的结构和性能；新型的傅里叶变换光谱仪的工作原理与应用；迈克耳孙形体干涉仪、迈克耳孙-莫雷实验。 本讲重点光场的空间相干性，空间相干性反比公式、迈克耳孙星体干涉仪的结构和性能；新型的傅里叶变换光谱仪的工作原理与应用；迈克耳孙形体干涉仪.

30、本讲难点新型的傅里叶变换光谱仪的工作原理与应用。4-3光场的空间相干性1、 *空间相干性概念 2、 *空间相干性反比公式-相干孔经角和相干面积(1) 空间相干性反比公式：；(2) 相干面积:(3) 相干立体角 : (4) 衬比度。(5) 补充说明 例: 激光.3、 *迈克耳孙星体干涉仪4-5 迈克耳孙干涉仪1、 *结构和性能2、 #用以观察薄膜干涉条纹及其变动3、 应用于精密测长4、 长度的单位和基准5、 #用于研究光速-迈克耳孙-莫雷实验第13讲 (4-34-5) 本讲内容介绍本讲主要内容：非单色性的两种典型、光谱双线结构导致周期性变化、谱密度函数、准单色线宽导致衬比度下降；FTS工作原理、

31、分辨率；最大光程差和干涉测长量程、有FTS测双谱线时的输出信号、新型光谱仪。 本讲重点非单色性的两种典型、光谱双线结构导致周期性变化、谱密度函数、准单色线宽导致衬比度下降；FTS工作原理、分辨率；最大光程差和干涉测长量程。本讲难点准单色线宽导致衬比度下降。4-6非单色性对干涉场衬比度的影响1、 *非单色性的两种典型（1）双线结构2、 *光谱双线结构导致周期性变化应用：分解谱线的测量方法如下3 单色线宽-准单色 例：激光喇曼/荧光光谱仪。（产品参数、技术指标）1） 光栅： 1200L/mm 2） 相对孔径： D/F=1/5.53） 狭缝：A. 宽度： 0-2mm连续可调 B. 最大高度：20mm

32、 C. 示值精度：0.01mm4） 接收单元：单光子计数器5） 光源：YVO4:Nd(掺钕钒酸钇)激光器，输出波长532nm，输出功率 40mw6） 波长范围： 300-650nm7） 波长精度： 0.4nm8） 波长重复性： 0.2nm9） 杂散光：10-310）线色散倒数：2.7nm/mm11）谱线半宽度：波长在589nm处，狭缝高 3mm，宽0.2mm，谱 线半宽度0.2nm 4 *#谱密度函数 （1）谱密度函数：在波数K附近,单位波数间隔中入射光所含的光强.，例：方垒 （2）准单色线宽导致衬比度下降 衬比度：5最大光程差和干涉测长量程4-7傅里叶变换光谱仪1、 *FTS工作原理2、 例

33、题-双谱线时的输出讯号3、 *FTS的分辨率4、 新型光谱讨论：傅里叶变换光谱仪是怎样实现光强和光谱函数之间的变换的？预习思考：什么是光场的时间相干性和相干长度？第14讲 (4-84-11) 本讲内容介绍本讲主要内容：光场的相干时间和相干长度，时间相干性反比公式，反射、投射多光束干涉，多光束干涉的光强分布和特点；长程差干涉、波列长度与谱线宽度的相互关系；法布里-珀罗干涉仪用于分辨超精细光谱、法布里-珀罗谐振腔的选频功能、强度相关实验。 本讲重点光场的相干时间和相干长度，时间相干性反比公式，反射、投射多光束干涉，多光束干涉的光强分布和特点。本讲难点长程差干涉、波列长度与谱线宽度的相互关系；法布里

34、-珀罗干涉仪用于分辨超精细光谱、法布里-珀罗谐振腔的选频功能。4-8光场的时间相干性前言结论：问题：两点（次波源），亦非“完美相关”1、 *光场的相干时间和相干长度 相干长度：；相干时间：。2、 *时间相干性的突出表现-长程差干涉例：迈克耳孙测长仪结论：3、 #波列长度与谱线宽度互为表里4、 *时间相干性反比公式:。5、 光场时空相干性（小结）4-9 多光束干涉1、 *反射、投射多光束干涉（1）反射多光束干涉（2）投射多光束干涉2、 #多光束干涉的光强分布和特点3、 #法布里-珀罗干涉仪用于分辨超精细光谱4、 #法布里-珀罗谐振腔的选频功能4-11强度相关实验(自学)作业：4-7，4-22，4

35、-25第15讲 (5-15-2) 本讲内容介绍本讲主要内容：位移-相移定理，有序结构的夫琅禾费衍射场，一维光栅的衍射场，其它一维周期结构的特点。 本讲重点位移-相移定理，有序结构的夫琅禾费衍射场，一维光栅的衍射场 本讲难点位移-相移定理，有序结构的夫琅禾费衍射场。第五章 导言1、多元多维结构衍射与分形光学是人类认识微结构的重要途径。2、衍射光学的贡献20世纪50年代：射线衍射确定双螺旋结构，开创了分子生物学新时代1982年：电子衍射发现准晶体，开拓了凝聚态物理学、化学和材料科学研究的新领域 目前：多元多维衍射的研究,是当前人工微结构和纳米材料研究兴旺发展的需要. 3、教学要求掌握一维、二维、三

36、维光栅的衍射机理，光栅光谱仪结构原理,位移相移定理。理解用X射线衍射分析晶体结构，多元多维结构衍射对人工微结构研究和纳米材料研究的作用。了解自相似分形结构和无规分布结构衍射场。5-1位移-相移定理引言：前面我们学了单缝的和单孔的夫琅禾费衍射。其实，在自然界中，常常会碰到多缝和多孔的物体，它们在光的照射下，也会发生衍射，比如蝴蝶的翅膀，上面有很多小孔，在阳光照射下闪闪发亮，五颜六色。这就是因为光发生了衍射，各中单色光的衍射条纹形成各种图样。蝴蝶的这种结构叫多元多维结构。我们就来学这种结构的衍射。1、概述多元结构：在自然界，尤其在凝态物质中存在的由众多全同单元组成的结构。这类结构的衍射表现出许多新

37、的特点。N个全同单元分布可分为四类，规则有序结构，规则无序结构，无规有序结构和无规无序结构。生活中有哪些多元结构，其衍射图怎样？多元结构衍射图举例：例1单细胞组织与其 图样。例2自相似分形结构及其 图样。以上结构为什么会形成对应的衍射图？先来看我们熟悉的圆孔的夫琅禾费衍射。问:圆孔移动前后,到达P点的衍射光有何不同?答：相位发生变化，也就是说，图象位移产生光场相移。那么，我们就要是能知道位移量和相移量的对应关系，我们就可以求出空间中任何一点产生的衍射场，这就是我们要学的位移-相移定理。2、*位移-相移定理（1） 定理表述：。由以上分析可知道，。我们来看最简单的点源移动情况。（2）点源位移：。 刚才是一维移动，要是是二维移动情况怎样？那就变成图象位移。（3）图象位移，在一维的情况下，再加一维。(4)两点说明：A定理只适用于夫琅禾费衍射场(线性相因子),不适用于菲涅尔衍射场(非线性相因子)B前面是在系统具有空间不变性的前提下的，也就是说，图象位移，光振幅不变，只是相位变化。我们来看五个方孔的衍射。举例：#求五方孔的夫琅禾费衍射场。 解：由前面单孔的夫琅禾费衍射知道，大方孔出于屏中心产生的衍射场为小方孔出于屏中心