第一章引言和光的干涉1

光学光学讲课人：陆俊发(教授、硕士生导师)联系方法：电话:0794-8258993(O)Email：,办公室：国防科技大楼905室讲课方式：PPT和板书结合考试方式：闭卷笔试参考教材：光学赵凯华、钟锡华 光学母国光 光学原理Submitted to J.Mod.Opt.Controllable optical multi-well trap and its optical lattices using compounded cosine patternsQi Zhou，Junfa Lu，Heqin Lu and Jianping YinaAbstract We propose a flexible scheme to form various optical multi-well traps for cold atoms or molecules by using an simple optical system composed of an compounded amplitude cosine-only grating and a single lens illuminated by a plane light wave or a Gaussian beam.Dynamic manipulation and evolution of multi-well trap can be easily implemented by controlling the modulation frequency of the cosine patterns.We also discuss how to expand our multi-well trap to two-dimension(2D)lattices with single-or multi-well trap by using an orthogonally or non-orthogonally modulated grating,as well as using incoherent multi-beam illumination,and our results show all of symmetric structures of 2D Bravais lattices can be obtain facilely by using proposed scheme.物理学报审稿意见：物理学报审稿意见：本文在理论上提出了一种三光学势阱实验方案，计算了势阱的相关特征参数，研究了从组合三光学势阱到双阱或到单阱的双向演化过程，探讨了该组合三光学势阱的用途。论文的研究结果具有创新性，对实验工作有指导意义，值得发表。文章的遣词造句有待改进，请作者酌情修改。稿件编号：20092899实现冷原子、冷分子光学囚禁的组合三光学势阱方案实现冷原子、冷分子光学囚禁的组合三光学势阱方案陆俊发1)2)，周琦1)2)，纪宪明3)，印建平2)1）（东华理工大学物理系，抚州344000）2）（华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室，上海200062）3）（南通大学理学院，南通 226007）摘摘 要要 本文提出了一种利用单束平面光波照明液晶空间光相位调制器与透镜组合系统实现在透镜焦平面上的可演化组合三光学势阱方案，分析了该组合三光学势阱的形成原理，计算了势阱的相关特征参数，研究了从组合三光学势阱到双阱或到单阱的双向演化过程。最后，探讨了该组合三光学势阱及其新颖三阱光学晶格方案在实现物质波四波混频、三原子样品冷碰撞性质研究等领域中潜在应用前景。赤橙黄绿青兰紫赤橙黄绿青兰紫谁持彩练当空舞谁持彩练当空舞 毛泽东毛泽东 钻石和光钻石和光飞秒飞秒激光束激光束 显显微目微目镜镜 折射率折射率 变变化化XYZ 台台分辨率分辨率 120nm;Bull size：10m mm 7m mm能源 墨子对光学很有研究，对于光的直线传播、光的反射和若干物影成像，进行了精彩的描述。有一次，墨子进行光学实验，他在堂屋朝阳的地方，让一个人对着小孔站在屋外，在阳光的照射下，屋内相对的墙上出现倒立人像。墨子通过小孔成像的光学实验，阐述了光的直线传播原理，成为后代摄影技术的先声。墨子及其弟子的著作，统称为墨子。其中经上，经下、经说上、经说下及大取、小取六篇，专说名辩和时间、空间、物质结构、力学、光学、声学、代数、几何等内容.光学历史引言：光学历史引言：几何光学几何光学：礼记礼记“左佩金燧左佩金燧”、“右佩木燧右佩木燧”玉篇玉篇 “燧，以取火于日燧，以取火于日”南宋程大昌 演繁露中记载到：“凡雨初霁，或露之未晞，余点缀于草木枝叶之末，欲坠不坠，则皆聚为圆点，光莹可喜。日光入之，五色俱足，闪烁不定。是乃日之光品著色于水，而非雨露有此五色也。”恩培多克勒（Empedocles 公元前490-430）和欧几里得（Euclid,公元前300）关于光学的系统著作。法国法国 笛卡儿笛卡儿 1638年，提出一种无所不在的“以太”假说，拒绝接受超距作用的解释，坚持认为力只能通过物质粒子和与之紧邻的粒子相接触来传播，把热和光看成是以太中瞬时传播的压力。屈光学中提出光的粒子假说，并用以推出光的折射定律。斯涅耳（W.Snell,约1580-1626)、费马（P.Fermat,1601-1665)英国英国 牛顿牛顿,1704年，光学一书出版。随着天文学、力学和光学的出现，物理学在十八世纪开始成为科学.牛顿则持光的微粒说，他认为波动说的最大障碍是不能解释光的直线进行。他提出发光物体发射出以直线运动的微粒子、微粒子流冲击视网膜就引起视觉。它也能解释光的折射与反射，甚至经过修改也能解释F.M.格里马尔迪发现的“衍射”现象。光的机械论认识光的机械论认识-粒子光学：粒子光学：惠更斯在1690年出版的光论一书中正式提出了光的波动说，建立了著名的惠更斯原理。在此原理基础上，他推倒出了光的反射和折射定律，圆满的解释了光速在光密介质中减小的原因，同时还解释了光进入冰洲石所产生的双折射现象，认为这是由于冰洲石分子微粒为椭圆形所致。后来，菲涅耳对惠更斯的光学理论作了发展和补充，创立了“惠更斯-菲涅耳原理”，才较好地解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论。胡克是光的波动说支持者。1665年，胡克提出了光的波动说，他认为光的传播与水波的传播相似。1672年胡克进一步提出光波是横波的概念。波动光学波动光学杨氏（T.Young 1773-1829)杨氏干涉实验为波动光学的复兴作出了开创性的工作。用干涉原理解释牛顿环的成因和薄膜的彩色，并第一个近似地测定了七种颜色的光的波长，从而完全确认了光的周期性，为光的波动理论找到了又一个强有力的证据。菲涅耳(17881827)；菲涅耳以惠更斯原理和干涉原理为基础，用新的定量形式建立了以他们的姓氏命名的惠更斯菲涅耳原理。解释了衍射现象，完成了光的波动说的全部理论 法拉第法拉第(1817-1867)法拉第由于对电磁学作出的贡献而成为19世纪最伟大的物理学家之一。麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大科学家，建立了第一个完整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学的一次大综合。麦克斯韦麦克斯韦(1831-1879)对于光波的进一步认识对于光波的进一步认识电磁波电磁波：赫兹用实验证实了电磁波的存在，赫兹先求出振荡器的频率，又以检波器量得驻波的波长，二者乘积即电磁波的传播速度。正如麦克斯韦预测的一样，电磁波传播的速度等于光速。1889年在一次著名的演说中，赫兹明确的指出，光是一种电磁现象。赫兹赫兹(1857-1894)量子光学量子光学薛定谔Erwin Schrdinger1887-1961海森伯Werner Karl Heisenberg1901-1976 尼尔斯玻尔Niels Bohr1885-1962普朗克Max Karl Ernst Ludwig Planck1858-1947爱因斯坦爱因斯坦(1879-1955)近代和现代光学：近代和现代光学：光谱学 基尔霍夫（G.R.Kirchhoff,18241887）本生 R.W.Bunsen(18111899)1815年，夫琅和费(J.V.Fraunhofer,17871826)开始用分光镜研究太阳光谱中的暗线。非线性光学非线性光学 1958年，贝尔实验室的Arthur Schawlow和哥伦比亚大学的Charles Townes发表了“红外线和光激射器”这篇论文为后来激光技术和应用领域的发展开辟了道路，1960年，休斯顿航空公司的Theodore Malman 用人造红宝石制造了一个激光器。20世纪60年代，非线性光学 第一章第一章 光的干涉光的干涉1、波动的独立性、叠加性和相干性、波动的独立性、叠加性和相干性2、干涉图样、干涉图样3、分波面双光束干涉、分波面双光束干涉4、条纹可见度，空间与时间相干性、条纹可见度，空间与时间相干性5、分振幅干涉、分振幅干涉6、两平行光干涉、两平行光干涉7、薄膜干涉（等倾和等厚干涉）、薄膜干涉（等倾和等厚干涉）8、迈克耳孙干涉仪和马赫、迈克耳孙干涉仪和马赫-曾得尔干涉仪曾得尔干涉仪9、F-P干涉仪，多光束干涉干涉仪，多光束干涉10、干涉应用举例、干涉应用举例三角函数复习：三角函数复习：)cos()cos(21coscos)sin()sin(21cossin)cos()cos(21sinsin2sin2sin2coscos2cos2cos2coscos2cos2sin2sinsin2cos2sin2sinsinsinsincoscos)cos(sincoscossin)sin(1.1 波动的独立性、叠加性和相干性1.1.1、电磁波的传播速度和折射率1、振荡偶极子)(cos),()(cos4sin),(coscos02000urtEtrEurtrPtrEtPPtqqm射场为此电偶极子在远处的辐 变化的电场和变化的磁场不断地相互激发并由近及变化的电场和变化的磁场不断地相互激发并由近及远地传播出去远地传播出去,形成电磁波。形成电磁波。urrPttrEmcos,4sin20 urrPttrHmcos,4sin20m1u电场强度电场强度磁场强度磁场强度EHu2、电磁波性质空间任一点上E、H相位相同，同速传播。E、H互相垂直，E E、H H、u u满足右螺旋关系。EHu任一点振幅关系：HEm波的传播速度为.30011mmcu有关且与成反比与成正比与sin0200rPHEurrPttrEmcos,4sin201.1.2、电磁波的能量 光的强度221Ee电能221Hmm磁能EHHEmm)(2122电磁能通过单位面积的能量能流密度即单位时间内EHEHuSmm1HES能流密度矢量)(cos200urtHES光强即光波的能流为00211HEEHdtTSITtt2202021AEEIm光是电磁波，具有电磁波的各种特性。光是电磁波，具有电磁波的各种特性。10-410-21012101010810610410210141宇宙射线宇宙射线射线伦琴射线紫外线可见光红外线无线电波毫米波厘米波分米波超短波短波中波长波微波波长波长 0A 光是电磁波，传播交变电磁场（），称为振动矢量（光矢量）或称为 矢量（对人眼起主要作用）。HE，EE