光电信息技术专业导论

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六讲,光学和光信息科学,光的干,涉,涉,干涉现,象,象,双孔干,涉,涉实验,x,k=+1,k=-2,k=+2,k=0,k=-1,S,1,S,2,S,*,*,*,I,杨氏双,孔,孔干涉,相干条,件,件,相干条,件,件要求,：,：,1.,两,两成员,波,波的频,率,率（因而,波,波长）相同,；,；,2.,两,两成员,波,波的初,位,位相之,差,差桓定,；,；,3.,两,两成员,波,波的振,动,动方向,相,相同。,-,-,-光程相,差,差等于,半,半个波,长,长，亮,条,条纹变,暗,暗条纹,!,!,-,-,-可见,光,光波长,数,数量级,:,:107m,应用,用迈克,耳,耳孙干,涉,涉仪测,量,量长度,（误差,不,不超过,/2,）,）,迈克耳,孙,孙干涉,仪,仪,用迈克,耳,耳孙干,涉,涉仪观,察,察到的,烛,烛焰附,近,近的对,流,流气体,应该出,现,暗纹,的位置,实际的,暗纹位,置,试,件,标 准,件,件,利用干,涉,涉现象,检,检验平,面,面的平,整,整度,CD原理,一束激,光,光分为,两,两束,当两束,光,光光程,差,差为半,波,波长的,奇数倍,时,时:相,消,消干涉,出现,暗,暗点,偶数倍,时,时:增,强,强干涉,出现,亮,亮点,CD片上有,突,突点,突,突点与,平,平点差,为,为半波,长,长的奇,数,数倍,与另一,束,束光发,生,生干涉,-,-,-出现,亮,亮暗不,同,同的点,光的衍,射,射,光通过,微,微小障,碍,碍物后,发,发生的,现,现象,a垂直单,狭,狭缝,b更窄的,单,单狭缝,c矩孔,d三角孔,e方孔,f正多边,形,形,g正方网,格,格,惠更斯,原,原理,1680年荷,兰,兰物理,学,学家惠,更,更斯提,出,出：,介质中,波,波动传,到,到的各,点,点都可,看,看作是,一,一个新,的,的波源,子,波,波源；,在,在其后,的,的任一,时,时刻，,由,由于波,源,源发射,的,的子波,波,波阵面,组,组成的,包,包迹就,决,决定新,的,的波面,。,。,惠更斯,原,原理,爱里斑,光通过,圆,圆孔后,在,在屏幕,上,上形成,的,的衍射,亮,亮斑,半角宽,a=0,.,.61w/R,W光波长,，,，R圆孔半,径,径,-圆孔越,大,大爱里,斑,斑越小,-,-,-记者的,大,大炮筒,照,照相机,衍射应,用,用,光,谱,谱分析,：,：如衍,射,射光栅,光,光谱仪,。,。,结,结构,分,分析：,衍,衍射图,样,样对精,细,细结构,有,有一种,相,相当敏,感,感的“,放,放大”,作,作用，,故,故而利,用,用图样,分,分析结,构,构，如X射线结,构,构学。,衍,衍射成,像,像：在,相,相干光,成,成像系,统,统中，,引,引进两,次,次衍射,成,成像概,念,念，由,此,此发展,成,成为空,间,间滤波,技,技术和,光,光学信,息,息处理,。,。,衍射再,现,现波阵,面,面：这,是,是全息,术,术原理,中,中的重,要,要一步,。,。,光的偏,振,振,平面偏,振,振光：,线,线偏振,光,光(光,的,的电矢,量,量的振,动,动方向,不,不变),，,，部,分,分偏振,光,光。,圆（椭,圆,圆）偏,振,振光：,偏,偏振光,的,的电矢,量,量的末,端,端在于,传,传播方,向,向的xy平面上,的,的轨迹,是,是圆或,椭,椭圆。,平面偏,振,振光,圆偏振,光,光的波,场,场分布,线偏振,光,光,部分偏,振,振光,自然光,应用,1、偏,振,振滤光,片,片,最简单,的,的应用,为,为在照,相,相机这,一,一类仪,器,器的物,镜,镜前，,加,加一片,双,双色性,微,微晶制,的,的偏振,片,片。则,可,可大大,减,减弱反,射,射光，,能,能使湖,面,面上的,物,物体拍,摄,摄得更,清,清楚。,可消除,在,在夜间,行,行车时,汽,汽车头,灯,灯耀眼,灯,灯光对,迎,迎面汽,车,车司机,的,的影响,2、偏,光,光眼镜,：,：观看,立,立体电,影,影片,(a)用偏振,干,干涉仪,观,观察到,的,的悬浮,在,在水面,上,上的昆,虫,虫,(b)用偏振,干,干涉显,微,微镜观,察,察到的,碳,碳化硅,晶,晶体,(c)在正交,偏,偏振片,间,间观察,到,到的硫,代,代硫酸,钠,钠晶体,(,a),(,b),(,c),液晶显,示,示器（LCD,）,）,通过改,变,变电场,改变液,晶,晶分子,排,排列,改变偏,振,振光偏,振,振方向,是否透,过,过,入射光,偏振片,偏振片,光透过,TN,排列盒,入射光,偏振片,偏振片,光遮断,TN,排列盒,未施加,电,电压时,施加电,压,压时,液晶显,示,示器的,构,构造,玻璃基板,透明电极,外周封接剂,分子取向层,偏振片,偏振片,分子取向层,液晶,透明电极,玻璃基板,反射板,全反射,和,和光纤,当光由,介,介质n1射入n2,临界角ic,ic=sin-1(n2/n1),全反射:入射角i1ic，入射,光,光全部,反,反射,光纤,内层n11.8，外层内层n21.4,ic51,捕获彩,虹,虹,折射率-指光在,真,真空中,的,的运动,速,速度，,和,和在某,种,种,介质中,减,减慢的,运,运动速,度,度之比,。,。,英国科,学,学家，2007在11月15日自然,“超材,料,料”是,一,一种人,造,造的电,磁,磁-光学材,料,料，即,在,在,透明材,料,料中置,入,入一些,微,微型的,金,金属包,含,含物。,负折射,率,率的特,性,性。,折射率,为,为正，,意,意味着,光,光基本,上,上还是,朝,朝同一,方,方向,运,运动。,“,“超材,料,料”的,负,负折射,率,率特性,使,使得光,在,在一定,程,程度上,按,按原方,向,向折回,，,，这样,一,一来，,光,光的运,行,行速度,就,就慢慢,地,地减缓,下,下来，,直,直至停,止,止。,将这种,“,“超材,料,料”夹,在,在两种,普,普通的,材,材料中,间,间，且,一,一端宽,一,一端窄,。,。这种,宽,宽度差,异,异可以,使,使光的,不,不同波,长,长 停,留,留在不,同,同点上,，,，最后,实,实现“,当,当每个,频,频率成,分,分都被,截,截留时,，,，所有,光,光波的,分,分布呈,立,立体状,”,”，这,样,样就可,以,以在“,超,超材料,”,”上形,成,成一道,彩,彩虹。,慢化光,速,速意义,非,非凡,使光子,停,停止，,操,操纵光,子,子以便,把,把信息,输,输入光,子,子，然,后,后根据,需,需要再,将,将光子,发,发往某,地,地 以,及,及某时,再,再发-新一代,计,计算机,的,的曙光,。,。,由于光,学,学装置,天,天生就,具,具有难,以,以置信,的,的高带,宽,宽，因,此,此，截,留,留光的,方,方法使,得,得光子,可,可以被,储,储 存,，,，从而,芯,芯片上,可,可以储,存,存海量,数,数据。,数据流,领,领域的,革,革命。,“,“过,量,量的数,据,据常,常,常在同,一,一时候,抵,抵达某,些,些点”,。,。假设,数,数据是,通,通过光,子,子而非,电,电子传,输,输，那,么,么根据,赫,赫斯的,理,理论，,就,就可以,通,通过给,光,光子设,置,置限速,，,，使某,些,些频率,的,的数据,传,传输减,速,速，以,便,便其它,数,数 据,通,通过。,全息照,相,相,全息照,相,相的原,理,理,光波所,带,带信息,:,:,振幅-,-,-光强,频率-,-,-频色,位相,振动方,向,向,全息记,录,录,全息记,录,录通过干,涉,涉的方,法,法记录,了,了物光,波,波上各,点,点的全,部,部光信,息,息，包,括,括振幅,和,和位相,，,，这就,是,是所谓,波,波前的,全,全息记,录,录。,平面全,息,息图和,体,体全息,图,图,平面全,息,息图：根据记,录,录介质,感,感光层,的,的厚度l与干涉,条,条纹间,距,距d之比来,区,区分，,当,当d,l时，记,录,录介质,相,相当于,一,一薄层,，,，在其,厚,厚度方,向,向上没,有,有干涉,条,条纹，,称,称为平,面,面全息,图,图。,体全息,图,图：当d,1Mbit/s,6.2,全,全息,存,存储的,特,特点,4、可,进,进行并,行,行内容,寻,寻址,全息存,储,储器可,以,以直接,输,输出数,据,据页或,图,图像的,光,光学再,现,现；,在再现,出,出的光,学,学像被,探,探测到,并,并被转,换,换成电,子,子数据,图,图样之,前,前，就,可,可以对,它,它们用,光,光学方,法,法进行,并,并行处,理,理，以,提,提高存,储,储系统,进,进行高,级,级处理,的,的功能,。,。,阿贝成,像,像原理,一百多,年,年前，,德,德国人,阿,阿贝(E.Abh,，,，1874年)在,研,研究如,何,何提高,显,显微镜,的,的分辩,本,本领时,，,，提出,了,了阿贝,成,成像原,理,理，为,现,现代变,换,换光学,奠,奠定了,基,基础。,1.1,阿,阿贝,成,成像原,理,理,阿贝成,像,像原理,着眼于,频,频谱的,转,转换,相干成,像,像过程,分,分两步,完,完成:,第一步,是,是入射,光,光经物,平,平面,发,发生夫,琅,琅和费,衍,衍射，,在,在透镜,后,后焦面,上,上形成,一,一系列,衍,衍射斑,；,；,第二步,是,是干涉,，,，即各,衍,衍射斑,发,发出的,球,球面次,波,波在像,平,平面(x，y)上相干,迭,迭加，,像,像就是,干,干涉场,。,。,空间滤,波,波,用改变,频,频谱的,手,手段来,改,改造信,息,息（改,造,造图像,）,）。,空间滤,波,波的具,体,体作法,：,：,物信息,的,的频谱,展,展现在,透,透镜的,后,后焦面,上,上，可,以,以在这,平,平面上,放,放置不,同,同结构,的,的光阑,，,，以提,取,取(或,摒,摒弃),某,某些频,段,段的物,信,信息，,即,即可主,动,动地改,变,变频谱,，,，以此,来,来达到,改,改造图,像,像的目,的,的。,广义地,说,说，凡,是,是能够,直,直接改,变,变光信,息,息空间,频,频谱的,器,器件，,通,通称空,间,间滤波,器,器，或,光,光学滤,波,波器。,在焦平,面,面上的,一,一个水,平,平狭缝,消,消除了,网,网格像,的,的水平,线,线条,阿贝,波,波特系,列,列实验,阿贝于1873年、,波,波特于1906年分,别,别做了,实,实验。,部分实,验,验内容,及,及结果,:,:,部分实,验,验内容,及,及结果,:,:,空间滤,波,波,(a)输入图,像,像,(,(b)用针孔,滤,滤掉高,频,频的输,出,出图像,低通滤,波,波器,低通滤,波,波器主,要,要用于,消,消除图,像,像中的,高,高频噪,声,声。例,如,如，电,视,视图像,照,照片、,新,新闻传,真,真照片,等,等往往,含,含有密,度,度较高,的,的网点,高通滤,波,波器,高通滤,波,波器用,于,于滤除,频,频谱中,的,的低频,部,部分，,以,以增强,像,像的边,缘,缘，或,实,实现衬,度,度反转,。,。其大,体,体结构,如,如左图,所,所示，,中,中央光,屏,屏的尺,寸,寸由物,体,体低频,分,分布的,宽,宽度而,定,定。,高通滤,波,波器结,构,构,组合照,片,片上接,缝,缝的去,除,除,图像相,减,减,模糊图,像,像的恢,复,复,褪色图,像,像的恢,复,复,原彩色,像,像,恢复的,彩,彩色像,