大学物理：波动光学_15现代光学简介

现代些籥分

15-1全息照相 1948年全息照相术诞生。 全息照相的优点:可以再现物体的立体形象。 普通照相 全息照相 只记录物体所发 以千涉、衍射为基础的 光浪的振幅 无透镜摄影,记录物体 所发光浪的振幅和位相 (全部光信息) 全息底片没有物体的影像,而是记录了物体所发 光浪的全部信息的干涉条纹

15-1 全息照相 1948年全息照相术诞生。 全息照相的优点：可以再现物体的立体形象。 普通照相 全息照相 只记录物体所发 光波的振幅 以干涉、衍射为基础的 无透镜摄影，记录物体 所发光波的振幅和位相 （全部光信息） 全息底片没有物体的影像，而是记录了物体所发 光波的全部信息的干涉条纹

全息照片的拍摄和再现 l、全息记录 记录物体上各点发出的光浪的频率、振幅、位相 分光镜 反射镜 激光器 物光和参考光在 感光胶片处相干 物光/参考光 叠加、感光。 反射镜 振幅不同使条纹变黑程度不同, 感光胶片 相位不同则使条纹的密度、形状各异

一、全息照片的拍摄和再现 记录物体上各点发出的光波的频率、振幅、位相 物光和参考光在 感光胶片处相干 叠加、感光。 1、全息记录 激光器 反射镜 分光镜 反射镜 感光胶片 参考光 物光 振幅不同使条纹变黑程度不同， 相位不同则使条纹的密度、形状各异

相位的记录(参考光为平面浪) 参考光 设a、b为某相邻的两条暗纹 b 参考光在a、b两处相位相同 物光ar O∠B 物光在a、b处光程差为 D 4=2= sinekx dx sin x 在底片同一处,来自物体上不同发光点的点,由于它 们的不相同,与参考光形成的干涉条纹间距不同 底片上的干涉条纹间距及条纹走向反映了物体上各 发光点的位置差别

相位的记录（参考光为平面波） 设a、b为某相邻的两条暗纹 参考光在a、b两处相位相同 物光在a、b两处光程差为 参考光 r b a 物光 d dx O x  D   =  = sindx x r sin dx    = = 在底片同一处，来自物体上不同发光点的点，由于它 们的或r不相同，与参考光形成的干涉条纹间距不同。 底片上的干涉条纹间距及条纹走向反映了物体上各 发光点的位置差别

2、全息图像的观察 用拍摄照片时所用的同一浪长的照明光沿原参考方 向照射底片,在照片背面向照片看就可看到物体。 照明光 人眼 位置 +1 de r b 底片上各处透射率不同(相当于衍射屏),照明光 透射后发生衍射,衍射光浪再现物光浪

2、全息图像的观察 用拍摄照片时所用的同一波长的照明光沿原参考方 向照射底片，在照片背面向照片看就可看到物体。 底片上各处透射率不同（相当于衍射屏），照明光 透射后发生衍射，衍射光波再现物光波。 照明光 r b a d O +1 位置 人眼 

二、全息技术的应用 1、全息显微镜 用短脉冲激光在一张底片上记录粒子的运动。 再现粒子的运动状态及瞬时分布。 2、全息信息储存 拍摄全息照片,改变参考光束方向,可将不同物体 摄在同一张底片上。 再现时偏转照明光束,物体将互不干扰地显现。 3、全息干涉计量 两次曝光或连续曝光,可记录物体的微小、高速运动 再现时得到多个相互交叠而略有差异的物体光浪的像

二、全息技术的应用 1、全息显微镜 2、全息信息储存 3、全息干涉计量 拍摄全息照片，改变参考光束方向，可将不同物体 摄在同一张底片上。 用短脉冲激光在一张底片上记录粒子的运动。 再现粒子的运动状态及瞬时分布。 再现时偏转照明光束，物体将互不干扰地显现。 两次曝光或连续曝光，可记录物体的微小、高速运动。 再现时得到多个相互交叠而略有差异的物体光波的像

15-2非线性光学简介 、非线性光学现象 线性光学 光与介质相互作用,入射光的电场强度比介质 中原子内的场强小得多。 P=COXE=ae 非线性光学 强光入射介质时 P=aE+BE2+y3+…

15-2 非线性光学简介 一、非线性光学现象 线性光学 光与介质相互作用，入射光的电场强度比介质 中原子内的场强小得多。 P E E    =  0  = 非线性光学 强光入射介质时 P =E + E 2 +E3 +

倍频和混频 当激光与非线性介质作用,入射光通过介质后, 其输出频率较入射频率有所变化,会出现倍频光、 和频光与差频光。 入射单色强光电场强度E= Eo cos at P=ae+ BE=aE Cos at+ BE0 cOS at E aEo cos at+B(1+ cos 2at) 2 BE0+aEo cos @t+ BE0 cos 2at 2 恒定电场基频成分 倍频成分

E E cost E cos 2t 2 1 2 1 2 0 0 2 = 0 + + 二、倍频和混频 当激光与非线性介质作用，入射光通过介质后， 其输出频率较入射频率有所变化，会出现倍频光、 和频光与差频光。 入射单色强光电场强度 E E cost = 0 P E E E cost E cos t 2 2 0 0 2 = + = + ( cos t ) E E cost  1 2 2 2 0 = 0 + + 恒定电场 基频成分 倍频成分

入射两种不同频率的强光 Ei=Elo cosa,t E2=E2o cos@2t E=E+E2 P=a(Elo cos a,t+ Eno cos@,t) BE10(1+c0201t)+BE20(1+co2m2t) BElErolcos(,+@2)t+cos(@@2)t] 和频成分差频成分 介质除辐射直流、基频和倍频成分,还将辐射 频率为和频与差频的光浪,称为光学混频

[ ] 10 20 1 2 1 2 + E E cos( + )t + cos( − )t 入射两种不同频率的强光 E E cos t 1 = 10 1 P ( E cos t E cos t ) = 10 1 + 20 2 E ( cos t ) E ( cos t ) 2 2 1 2 0 2 1 0 1 2 2 1 1 2 2 1 +  +  +  +  和频成分 差频成分 E E cos t 2 = 20 2 E = E1 + E2 介质除辐射直流、基频和倍频成分，还将辐射 频率为和频与差频的光波，称为光学混频

受激喇曼散射 当光束在透明介质中传播时,如果介质的光学性 质不均匀,就会出现部分光束偏离原来传播方向 的现象,就叫光的散射。 弹性散射 光与物质分子碰撞是弹性的,无能量交换。 入射光与散射光频率相同, 散射光强度与频率四次方成正比。 非弹性散射 散射光频率与入射光频率不相同。 有原频率v成分,还有v-4v)和v+4v)成分 △v物质性质有关,与)射光频率无关

三、受激喇曼散射 当光束在透明介质中传播时，如果介质的光学性 质不均匀，就会出现部分光束偏离原来传播方向 的现象，就叫光的散射。 弹性散射 光与物质分子碰撞是弹性的，无能量交换。 入射光与散射光频率相同， 散射光强度与频率四次方成正比。 非弹性散射 散射光频率与入射光频率不相同。 有原频率 0 成分，还有( 0 − )和( 0 +  )成 分 与物质性质有关，与入射光频率无关