精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應用 - 基礎理論

?

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????????????????

麥克斯韋James

Clerk

Maxwell1831—1879?

光的電磁理論

??

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0

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0

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×

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=

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×

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=

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+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

cos(

)

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

??

??

=

1??

??

=

?

1

2

sin

??

+??

正入射

??

??

=

?2

sin

??2

cos

??1????

=

??+1????

=

2??

??

==

?

1

2

tan

??

+????

??

=正入射

????

=

??+12

sin

??2

cos

??1????

=

??+1????

=

2??

??

=

sin

???

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??′

sin

??

???

???1

1??

1

2

??+1??

2S波P波′??1??

tan

??

???

???1??1??

1

2??

2

菲涅爾公式1??

sin

??1+??21??

1+??2

cos

??1???2

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)望遠鏡顯微鏡照相機復雜光學系統(tǒng)復雜光學系統(tǒng)折射率場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

……?

平時成績45分–課堂測驗–專業(yè)基礎知識回顧–課程實驗10分(5分*2次)15分(5分*3題，五至少選三)20分(10分操作、10分報告)?

考試