光波导理论与技术.ppt

光压 微粒说 1900年普朗克提出“量子化假设”，认为发光过程是量子化的； 1905年爱因斯坦提出“光子”概念，认为不仅发光过程是量子化的，而且在传播过程中以及与物体的作用也是量子化的。光波由大量具有能量和动量的“辐射能量子” 、即“光子”组成。 光压是在光子与微粒发生动量转移或交换时产生的。 激光的高亮度和可聚焦到很小光斑的能力使其可以达到极高的光强，从而大大提高了光束的辐射压力，可用于对宏观介质微粒的光捕陷、光悬浮和光操纵等操作，所处理的微粒直径在数十纳米至数十微米 。 光压的应用 太阳帆是一种不带机械动力装置的轻便航天器，当光子撞在帆上被吸收时，按照动量守恒原理，帆就会获得动量增量，这就是光的压力。 光镊(optical tweezers)，是用光捕陷(optical traps)的手段来控制介质颗粒的运动。 在基础物理学、大气物理、生命科学、化学、精密测量及技术领域等方面具有重要的应用价值。 。 光镊（optical tweeze） 光镊又称单光束粒子阱，利用光与物质微粒之间的动量传递力学效应（光压）。 对微米、纳米量级的微粒进行操作、测量。 Schematic diagram of a typical optical tweezers set 光波导理论与技术 自动化测试与控制系 2006年春 参考教材 微波与光电子学中的电磁理论（第二版），张克潜、李德杰 著，2001年5月，电子工业出版社，研究生教学用书，教育部研究生工作办公室推荐 光波导理论与技术， 李玉权 崔敏 编著， 人民邮电出版社，2002年12月第一版 光波工程，[日本]国分泰雄 著，（先进光电子技术丛书），科学出版社，2002年 导波光学物理基础，佘守宪编著，北方交通大学出版社，2002年8月第一版 序言 光电子技术的应用：光通信、光信息处理、光存储、光计算、光传感、激光加工------ 新的光学分支：光纤光学，集成光学，薄膜光学，二元光学，微光学,非线性光学，变折射率光学、自适应光学------ 本课程将光作为电磁波，研究光的传播规律。 光是电磁波 电磁波的范围：1026Hz------10Hz 可见光波长：400nm~700nm 无线电波长：10-4 m~106m 光的传播 自由空间光（free space wave）：在均匀介质中传播的光 。如由透镜、棱镜等各种光学元件组成的常见的光学仪器设备，自由空间激光通信，激光雷达，光束变换， …… 导波光（guided wave） ：光被局限于特定的区域内传播，通常被限定在与传播方向垂直的限定截面内。约束导波光的介质称之为光波导（optical waveguid）。如光纤，光纤传感器，光纤器件（光纤光栅、光纤放大器，光互联），…… 麦克斯韦方程的贡献： 存在电磁波， 预言了光就是电磁波， 电磁场具有能量和动量，从而揭示了电磁场的物质性。 如何控制光的传播？ 透镜的波面变换作用 折射、衍射规律； 光波传播过程中，波面的振幅、相位发生变化。 光纤通信发展历史 波长：850nm —— 1310nm —— 1550nm 比特率20-100Mb/s，最大中继间距10Km 比特率4Gb/s，最大中继间距100Km 频分复用，波分复用；光孤子高速长距离 1995年法国，20Gb/s传输106 Km What’s next? 全光网：光子开关，光互连，光放大，光变频，---------- 光互联 激光通信优点 激光通信发散角约10微弧度，比RF和微波通信小3~4数量级，光束捕捉困难，必威体育官网网址性好； 天线体积小，重量轻，适用于卫星、航天器； 数据传输速率高、与RF、微波频带不同； 大气层内的通信距离为几十~几百公里，大气层外通信距离几千公里，甚至上万公里； 需要高精度的捕获、跟踪、瞄准技术（ATP——Acquisition, Tracking, Pointing ），跟踪精度小于2微弧度，瞄准精度小于1微弧度。 自由空间激光通信 相控阵激光雷达 激光跟踪测距雷达、激光成像雷达、激光合成孔径雷达------ 相控阵激光雷达通过对激光束的相位控制和波束合成技术，实现波束功率增强和电扫描； 美国在70年代初开始光学相控阵研究，早期用钽酸锂晶体制成一维光学移相阵列，而后用液晶制成二维光学相控阵样机，在4? 4面积上有1536 个移相单元。 光束敏捷控制 液晶偏转光束原理 光束通过一定厚度的液晶层，层内折射率的差异产生光程差，由此改变波前相位。 利用液晶折射率可控的特性控制波前相位。 光束敏捷控制应用 自适应光学——波前校正 波前误差测量，波前重构， 空间光调制器 改变光波波前的振幅、相位。 种类：声光调制器，变形镜，微镜阵列，液晶，光折变晶体------ 液晶空间光调制器 光存储 光信息拾取 液晶透镜： CL