光學(xué)電磁理論20161202

有限時域差分（FTDT）求解麥克斯韋方程組假設(shè)電場和磁場都不隨z變化，可將三維問題簡化為二維問題。旋度方程可分成相互獨立的兩組方程。分別描述TE波和TM波。zTE波（傳播方向由電場方向決定）TM波（傳播方向由電場方向決定）zzzyxHEHE三維光束和二維光束E(x,y,z,t)H(x,y,z,t)xzxyzzyxzE(x,y,t)H(x,y,t)FTDT方法的應(yīng)用非均勻介質(zhì)中的光場計算nΔt(n+1)ΔtYee氏元胞中TE波和TM波各光場量的節(jié)點位置關(guān)系(n+1/2)Δtt(n)n+1/2(i+1/2,j)nn+1(i+1/2,j+1/2)HEE(i,j)(i-1/2,j+1/2)(i-1/2,j)(i,j+1/2)(i,j-1/2)ExEyHzX(i)y(j)n-1/2H一階差分格式TE波一階差分格式TM波系數(shù)表達式穩(wěn)定性條件光學(xué)實驗常用器件和儀器簡介光的方向控制-反射鏡介質(zhì)膜反射鏡優(yōu)點：高反射率(>99%)，高破壞閾值。局限：對波長敏感，對入射角敏感金屬膜反射鏡（金，銀，鋁等）優(yōu)點:對入射角不敏感；銀鏡，鋁鏡對波長不敏感。局限：反射率低于介質(zhì)膜反射鏡，破壞閾值較低。如何讓光束沿指定路徑傳輸光闌1光闌2鏡面1鏡面2步驟：擴大光闌1的光圈，調(diào)節(jié)鏡面2，讓光束穿過光闌2的中心；縮小光闌1的光圈，調(diào)節(jié)鏡面1，讓光束穿過光闌1的中心；循環(huán)上兩個步驟，直至光束能夠同時穿過光闌1和光闌2的中心。光的偏振控制電光控制偏振片布魯斯特角V諧振腔內(nèi)選偏LEDV256個強度等級VV勻光板背光板偏振片液晶濾色片偏振片RGB色彩空間光的偏振控制的應(yīng)用-液晶顯示設(shè)備單片液晶投影機光損失:偏振片50%，濾色片67%集光效率，液晶開口率，。。。3LCD投影機圖片來自網(wǎng)絡(luò)偏振光轉(zhuǎn)換器1/2波片遮光板透鏡陣列光學(xué)成像設(shè)備ChargeCoupledDevice(電荷耦合器件)功能:將光信號轉(zhuǎn)化為電信號.用途:記錄圖象,取代照相底片.常用成像設(shè)備：CCD相機實驗室常用的CCD相機工業(yè)CCD特點:

1.價格便宜(數(shù)百元)

2.操作方便

3.動態(tài)范圍小,通常8bit--256個灰度級

4.無制冷,噪聲水平相對較高主要用途:監(jiān)控科學(xué)級CCD特點:

1.價格昂貴

2.操作方便

3.動態(tài)范圍大,通常16bit–6萬多灰度級

4.有制冷,噪聲水平低主要用途:采集實驗圖象并做定量分析特種科學(xué)級CCDICCD(IntensifiedCCD)特點:1.價格昂貴2.高靈敏度,ns級時間分辨3.芯片易老化,使用壽命相對較短工作原理:

高壓光陰極------>微通道板----->熒光屏------>CCD用途:時間分辨的圖象采集光陰極微通道板磷屏感光CCD芯片光纖耦合器VEMCCD(ElectronMultiplyingCCD)特點:

1.高靈敏度,高增益,與ICCD不同的是,電子倍增功能在感光之后完成.

2.芯片密封在惰性氣體中,不易老化,比ICCD使用壽命長.用途:用于微弱圖象信號的采集.EMCCD在關(guān)閉EM功能時,等同于普通CCD.只有在探測微弱圖象信號時,才需要打開EM功能.信號本身比較強時打開EM功能,信噪比反而不如普通科學(xué)級CCDCCD,ICCD,EMCCD

如何選取?不需要時間分辨的成像,用CCD.不需要時間分辨的弱信號成像,用EMCCD.需要時間分辨時：

1.光源(探針光)本身能夠提供時間分辨(持續(xù)時間小于ICCD快門):用CCD或EMCCD2.光源持續(xù)時間遠大于ICCD快門:用ICCD

3.光源雖然能夠提供時間分辨,但強度很弱并且背景光噪聲水平較高:用ICCDCCD使用注意事項一定要避免強光照射?。?！實驗中一定要使用衰減片，確保光強要由低到高；使用過程中衰減片盡可能貼近CCD入光口.在調(diào)光路時操作人員一定不要采集.實用過程中應(yīng)避免污染(灰塵