Chapter1-wave nature of lightwave(mjx).ppt

Dispersion compensation Chirped FBG * 图？？ 抑制内部全反射（FTIR，frustrated total internal reflection） I有极大值 。 每个模式的光谱与镜面反射率有关，反射率高时，曲线尖锐，谱宽小；反射率低时，部分能量溢出腔外，使曲线比较平滑，谱宽增大。 谱宽 :单个模式的光强最大值的半高度全宽 F：称为谐振器的精细度（finesse），模式频率间隔（自由光谱区）与谱宽的比值。F随反射率R的增加而增大，F越大，表示光谱曲线中的峰越尖锐。 F－P腔的应用：激光器谐振腔，滤波器，垂直腔型光电子器件的基本结构。 举例：由两个部分反射片构成法布里－玻罗标准具（如下图） 入射光由一个宽光谱光源发出，一部分光可以进入标准具。根据前面的分析，只有满足： （即波长满足 的光才能在腔中干涉相长） 由于两个反射片的透过率为（1－R），透射光强： 滤波器 只允许特定波长通过。 通过改变腔长L可以对波长扫描，也可以制作可调谐的滤波器。 一. 时间相干性和空间相干性(Temporal and Spatial Coherence) 光的相干性：在不同的空间点上、在不同时刻的光波场某些特性的相关性。 时间相干性：在同一个空间点上，两个不同时刻t1和t2的光波场之间的相干性。 空间相干性：在同一时刻，两个不同空间点上的光波场之间的相干性。 如果光波场是一个沿z轴方向传播的无限长正弦波： 具有理想的完全相干性。 理想单色光：具有恒定单一频率的简谐波，它的波列无限伸展。 纯粹理想的单色波实际上是不存在的，因为它要求波在时间上和空间上都是无限的，这显然是不能实现的。 准单色光：在某个中心频率（波长）附近有一定频率（波长）范围的光。 1. 相干性介绍 1.4 光的衍射 根据傅立叶分析，一个实际上有限长度的波列总可以看成是许许多多不同振幅，不同频率的理想单色波的叠加结果。其频谱表明该光是频率ν±(1/2Δt)范围内的很多光波所组成。 对波列进行频谱分析，得到其频谱宽度(spectral width) ， 是光源相干性的量度。 但实际光源的振子发光过程，都是在一定的时间间隔内进行的，每个原子发出的光波是由持续一段时间Δt（相干时间, coherence time）或在空间长度为l=cΔt（相干长度, coherence length）的波列（wavetrain）组成，光源发出的光波包含多个有限长正弦波列。 白光不存在相干性。 实际光源只含有部分频率，因此有中心频率和谱宽，是处于（a）和(c)状况之间。 光源发出光的相干性与频谱宽度密切相关。（频宽越窄相干性越好） 2. 时间相干性 时间相干性：迈克尔逊干涉实验 迈克耳逊干涉仪 迈克耳逊干涉仪产生 的等倾条纹 假设原子发出的一列有限长的光波，垂直入射到迈克尔逊干涉仪的两个反射面M1、M2上，反射后得到两个波列E1、E2 ，当两路光的光程差很小时，基本上是同一波列的子波列（E1(1)与E2(1)，E1(2)与E2(2)）在P点会合，因此相干。（括号内的数字表示有限长光波的序数） 光程差增加时，不同波列的子波列有部分重叠，干涉效应减弱。当光程差大于cΔt时，不同波列在p点会合，干涉效应消失。 最大重叠部分的长度称为相干长度，最大重叠长度实际上就是波列本身的长度。（相干长度就是波列的长度）波列经过空间固定点P的时间称为相干时间Δt。 空间相干性 空间相干性是指光场（光波）在空间的两点的相位相关性。如果在任一时刻，位于空间中某两点的光波都有固定的相位关系，那么，我们就说空间中的这两点的光场是相干的，来自这两点的光波叠加在一起会产生干涉现象，在空间形成稳定的干涉花样。 光源不再假设为理想的缝光源，而是有一定的宽度，该宽度上不同位置P和Q发出的光波如果相位恒定，则具有空间相干性。 空间相干光源的发光面发出的光都是相干的。 非空间相干光源的发光面发出的光都是不相干的。 空间相干光源 非相干光束 二. Fraunhofer衍射 当衍射物的尺寸非常小甚至可以和光波波长相比拟时，光的衍射现象非常显著。 一束平行光通过一个小孔，形成两种衍射： Fraunhofer（夫琅和费）远场衍射：接收屏距离光源较远，或光源后放置透镜，到达屏以及离开屏的近似为平行光。 Fresnel（菲涅耳）近场衍射：屏距离光源很近，光波不是平面波，波前为曲面。 Fraunhofer衍射更为常用。 介绍 惠更斯—菲涅尔原理（Huygens-Fresnel principle） 波前上任何一个未被阻挡的点均被视为次级球面子波(wavelet)