前沿光学综合(前言)资料讲解.ppt

色散的概念 对于光学性质不强烈依赖于光的频率的物质来说（例如气体），在麦克斯韦方程中令ε为静介电常数是一个很好的近似。 但是大多数情况下，折射率并不能简单地被看作常数，而必然是与频率有关的量。 折射率随频率的改变，构成了色散现象。 洛仑兹色散模型 考虑一个无极分子（正电荷中心与负电荷中心重合）被置于电荷作用下，则电子与原子核发生位移，产生一偶极距。 每个电子受洛仑兹力作用： 假定电子速度v远小于光速c，故而磁场作用可以忽略。 电子的行为在很好的近似程度下，可看作被一个准弹性恢复力束缚在平衡位置，由此电子运动方程为： 设ω为入射场角频率： 则 ，其中共振频率 每个电子对极化强度贡献一个电矩 假定一个分子中只有一个电子起作用，则总极化强度 又知 则 由洛仑兹-洛伦茨公式可知，平均极化率 故而引入ε(ω)，n (ω)， ε= n2 这样，静态介电常数就是ε (0) = n (0) 2 折射率对频率的依赖关系如下： 对于气体，n接近1，可令分母中n2+2~3 N是频率的递增函数，称为正常色散。 在ω0附近存在反常色散区。 由于振动电子要发射电磁波，即其他损耗，故需考虑阻尼。可在前面运动方程中加入一个阻力项： 此时 故而极化强度和极化率成为复数形式。此时即为洛仑兹色散模型。 以上是假设系统只有一个共振频率，但事实上并非如此。 Nfk是对应共振频率为ωk的电子数。 对于气体(n~1)， 其中 对于高密度物质，即液体和固体， 式中 对于金属，由德鲁德色散理论，电子运动方程可写为 β为单位质量的衰变常数，其倒数为弛豫时间。E为宏观电场而非有效场。 假定有一时谐场 则表示周期运动的解 周期运动产生电流 可得出电导率 如果β足够小，则在频率足够低时ε实部为负值。 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * Wang用SPP耦合进行解释，但是我们用等效介质理论可以简单的给出解释。 * * * * * 上图为激光器结构，为双光栅直腔结构；左下图为Few-mode FBG（少模光纤光栅）透射光谱图，图中FFP位置为其基模反射波长，由OSS（错位熔接点）产生的混合模式中的基模被反射回去，一阶模式透射输出，一阶模式中包含角向偏振模式和径向偏振模式；右下图为得到的激光输出横模分布，箭头所示为检偏方向。 * * * * * 波象差 对于小像差光学系统，常常用波象差来评价其成像质量。波象差也称为光程差 (OPD, Optical path difference)。 P1*是P0的高斯象，矢量 称为光线的象差。 物平面、象平面和光瞳平面 象差基本表达式 波象差可用光程长度表示 其中 和 位于同一波阵面。 幂级数展开式 象差函数 可表示为两个矢量 和 的三个标积的函数 象差函数展开为相对于四个坐标的幂级数 ，无零次方项。 项的存在表示参考球面的球心不是准确地位于高斯象平面上。 二次项不存在是因为：该项会引起线性依赖于坐标的光线象差，这与P1*是P0的理想高斯象相矛盾。 初级象差－－赛德耳象差 光线象差分量表达式： 1. 球面象差 Spherical aberration 象差曲线是同心圆，其中心在高斯像点处，其半径随环带半径 的三次方增大，但与物在视场中的位置无关。 P 不同大小球差的照片 球差的校正： 加光阑 复合透镜，如正负透镜组合、 球面曲率及折射率的配合等 非球面透镜 变折射率透镜 2. 象散 Astigmatism 轴外物点发出的同心光束，水平方向和竖直方向的光线的聚焦点在不同平面上. 如果光学镜头在加工和装调时没有偏心，又没有倾斜放置的平板玻璃或棱镜，那么轴上点成像是不会有像散的。因此说，像散是轴外点的像差。当物点离外光轴逐渐远时，那么像散也将逐惭增加。 像散的校正： 复杂复合透镜 加光阑 非球面透镜 3. 场曲