光电子技术课件ppt2[1]

E20
E0
2 2 E02 E10 E 20 2 E10 E 20 cos 2 1
2

1 E10
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I I 1 I 2 2 I 1 I 2 cos
• 非相干光源
cos 0
I = I 1 + I 2 —非相干叠加 • 完全相干光源 cos cos
有：
n2 tg i0 n21 n1
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2.1.4 光的干涉
r1 光的相干条件：频率相同、振动方向相同、 1 相差恒定 · r 2
·
p
1. 两列光波的叠加(只讨论电振动)
· 2 E 光矢量， 令 E1 E2 , 1 2
P: E1 E10 cos( t 1 ) E2 E20 cos( t 2 ) E E1 E2 E0 cos( t )
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dI 0 tg d
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y y1 = tg
·
-2 - o
·
2
y2 =
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• 当 a sin 2 时,可将缝分成四个“半波 带”, 形成暗纹。 B θ 一般情况 a a sin k，k 1,2,3„ ——暗纹 A λ a sin ( 2k 1) ， k 1,2,3„ 2 ——明纹(中心) a sin 0 ——中央明纹(中心)
微晶型
· · ·
光轴 线偏振光 电气石晶片 y
x
z z
分子型
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入射 电磁波 线栅起偏器
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常用的起偏的方式有以下几种：
（1）基于晶体双折射原理起偏 （2）布儒斯特角起偏
这是利用光在界面上的反射与吸收过程获得偏振光的一种方式：
· · · · i i· · n1 · · n2 r ·
ni e
h i KT
gi 1
2
ni ni 8v v n g V hv 3 gi gi c
8hv3 pv ,T 3 c
1 e
hv KT
1
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光波模式和光量子态的等价问题
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。 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。
D 相位差： 2 D 明纹 k , x k k , k 0,1,2„ d D 暗纹 ( 2k 1) , x ( 2k 1) ( 2k 1) 2 2d
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D 条纹间距 x d
一.装置
缝平面 透镜L 透镜L B S a f 观察屏 p · 0
*
S: 单色光源 : 衍射角 AB a (缝宽)
Aδ
f 二.半波带法 A→P和B→P的光程差 a sin 0， 0 —— 中央明纹(中心) 当 a sin时，可将缝分为两个“半波带”
EP
E0
△Φ
又
I E2 p
2 ，I 0 E0
2
sin P点的光强 I I 0
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sin 由 I I0 得
2
可
(1) 主极大（中央明纹中心）位置： sin 0处， 0 1 I I 0 I max (2) 极小（暗纹）位置： k，k 1,2,3时， sin 0 I 0 a sin k a sin k 由 可 得 N 2k a sin k (3) 次极大位置：
自然光反射和折射 后产生部分偏振光
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· · i0 i0 · S · n1 ·· · ·
n2 r0
线偏振光
·
起偏振角
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i
=
i0
时，反射光只有S分量
i0 r0 900
i0
由
— 布儒斯特角或 起偏角
n1 sin i0 n2 sin r0 n2 cos i0
· ·
平行板面的光振动较强
· ·· ·· ·
垂直板面的光振动较强
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§2.1 光学基础知识
圆偏振光、椭圆偏振光
右旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光
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2. 偏振度
Ip Ip P It I n I p
It —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 Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强度
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P 处是多个同方向、同频率、同振幅、初 相依次差一个恒量△ 的简谐振动的合成，
合成的结果仍为简谐振动。 对于O点: = 0 , = 0
E0 = E0 E0 对于其他点P： EP < E0
……
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E0
NE
P
当N 时, N个相接的折线将变为一个圆弧。
0, K K max K ( ) , K 0 2
E 0( p ) cos( t （p ) )
2 I E P处波的强度 p 0( p )
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2 单缝的夫琅禾费衍射、半波带法
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§2.1 光学基础知识
2.1.2 折射 反射 全反射
n1
n2
1
2
3
当 n1 n2 时，逐渐增大入射角，反射角会增大，
达到直角
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此时有：
n2 sin c n1
当
1 c 时，入射光的能量全部被界面反射回光
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3. 分类: 近场衍射 (1) 菲涅耳衍射 (2) 夫琅禾费衍射 远场衍射 二. 惠更斯——菲涅耳原理 波传到的任何一点都是子波的波源， 各子波在空间某点的相干叠加，就 n 决定了该点波的强度。
a(Q ) K ( ) dE( p ) dS r
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光子简并度
当体系处于热平衡时，在 n个光子中，出现在能量 i h i 为 状 态的最可几数目 ni 是由 体系温度和能量决定的： 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： W nhv 从而得到单位体积单位频 率间隔内的黑体辐射能量 为：
第2章 光学基本知识与光场传播规律
§2.1 光学基础知识
2.1.1 光的基本属性 波动性和粒子性（波粒二象性） 1、光子与其他粒子的主要区别？服从的分布不一样。 2、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。 3、光子的运动受量子力学的测不准原理限制。 4、相空间体积与相格
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E0
N 2 E p 2 R sin , E0 R 2 E0 E0 Ep 2 sin sin 2 2 2 a sin 令 2 sin E p E0 有
a sin
△Φ
R
二 . 光强公式
I I 1 I 2 2 I 1 I 2 cos ,
若 则
I1 = I2 = I0
I 4 I 0 cos 2
2
,
I 4I0
(
d sin

2 )
光强曲线
-4 -2 x -2 -2 /d
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-2 -1 x -1 - /d
0 0 0 0
dS
Q S(波前) 设初相为零
·

r
dE(p)
· p
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K( ):方向因子
a (Q ) 取决于波前上Q点处的强度 a(Q ) K ( ) 2 r dE( p ) dS cos( t ) r a(Q ) K ( ) 2 r E( p ) s cos( t ) dS r
条纹特点： (1) 一系列平行的明暗相间的条纹； (2) 不太大时条纹等间距； (3) 中间级次低； 某条纹级次 = 该条纹相应的 (r2-r1)/ 明纹: k ，k =1,2,3…(整数级)
暗纹: (2k+1)/2 (4) x
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(半整数级)
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▲相长干涉（明）
2k , I I max I 1 I 2 2 I 1 I 2 ▲相消干涉（暗） ( 2k 1) , I I min I 1 I 2 2 I 1 I 2(k= 0,1,2,3…)
2. 条纹衬比度（对比度，反衬度）
I max I min V I max I min
/2
上述暗纹和中央明纹(中心)位置是准确的， 其余明纹中心的位置较上稍有偏离。
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三. 振幅矢量法、光强公式
缝平面 缝宽a B x A C xsin f 透镜 观测屏 x p 0
x a N


每个窄带发的子波在P点振幅近似相等,设为 E0 x sin a sin 2 2 ( N 很大 ) N P处的合振幅EP 就是各子波的振幅矢量和的模
密介质，即称为全反射。
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§2.1 光学基础知识
2.1.3 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
光振动平行板面
自然光：
· ··
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§2.1 光学基础知识 部分偏振光：
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光子的相干性和光子简并度
相格的空间体积===========相干体积？ 结论：
1、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。 2、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。 3、模式、光子的量子态、相干体积、相格等价
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一. 双缝干涉

单色光入射

d d


r r
1
1
r
D
· r
2 2
p x x p x x x x x o x0 0 o
x x I I
d >>λ，D >> d (d 10 -4m, D x m) r2 r1 d sin d tg d 波程差：
完全偏振光 (线、圆、椭圆 ) P =1 自然光 ( 非偏振光 )
P=0
0<P<1
部分偏振光
偏振度的另一种表示：
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I max I min P I max I min
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3. 偏振片的起偏和检偏
一. 起偏
• 起偏：从自然光获得偏振光 • 起偏器: 起偏的光学器件 • 起偏的原理：利用某种光学的不对称性 • 偏振片 非偏振光
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B 半波带 a 半波带 A
θ
1 2 1′ 2′
1 2 1′ 2′
半波带 半波带
λ /2
两个“半波带”上发的光在 P 处干涉相消 形成暗纹。 3 • 当 a sin 时，可将缝分成三个“半波带”
2
B θ
a
A
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P处近似为明纹中心
λ /2 光电子技术与应用
2 1 x1 /d
4 2 x2 2 /d
k x sin
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2.1.5 光的衍射（Diffraction of light） 1 衍射现象、惠更斯——菲涅耳原理
一. 光的衍射 1.现象:
衍射屏 观察屏 S 衍射屏 观察屏
源自文库L
L
*
S

a
*
10 - 3 a
2.定义: 光在传播过程中能绕过障碍物 的边缘而偏离直线传播的现象