全反射现象及其在集成光学中的应用

当光从光密介质nl射向光疏介质n2(n1>n2),入射角θ1。逐渐增大到临界角θc=arc sinn2/n1时,继续增大θl,使θ1>θc,光线将全部被反射回入射光所在的介质,此时,光疏介质中完全没有折射光产生.这就是我们所熟知的光的全反射现象. 全反射是一种普通常见的光学现象.由于全反射时,入射光的全部能量完全被反射而没有折射损失,所以许多光学仪器都利用全反射来改变光线的传播方向和使象倒转;在新兴的光学领域──纤维光学和集成光学中也利用全反射来传导光能量. 然而,全反射现象的实际过程是相当复杂的,远非几何光学中所描述的那么简单.尽管全反射时…     

对应关系在棱镜调整中的应用

<正> 一、对应关系在反射系统中,物、象空间内任意两共轭点,在一对彼此共轭的参照系内,坐标相等。这种关系我们称为“对应关系”。如果用o-xyz表示物空间参照系,与其共轭的o′-x′y′z′表示象空间参照系,那么,在o-xyz系内任意点P的位置矢径r和在O′-x′y′z′系共轭点P′的位置矢径r′应有以下关系:     

利用对称性原理推导几何光学三定律

从对称性的角度,分析了光波在无限大均匀介质中、两种媒质的分界面上传播必须遵从的时间和空间平移不变性,推导出光的直线传播、反射以及折射定律,揭示了支配几何光学三定律的更为深刻而底层的对称性原因,这种视角对于光学部分的教学将产生深刻的影响.     

非稳定光腔模式的几何光学分析

一、引 言 与稳定腔不同,几何光学对非稳定腔的作用十分重大[1].整个非稳定腔的几何光学理论建立在A.E.Siegman于1965年提出的假定[2]的基础上.该假定认为,非稳定腔的基模是由位于腔轴上且互为映象的两个中心所发出的均匀点光束所构成.可是模为什么一定是点光束,发光中心为什么     

多层平行板组合光具组的成像公式及其推导

关于多层平行板组合光具组成像问题,一般的处理方法是利用几何光学基本定律结合作图求解,常常显得很繁杂.本文的出发点是:“物像关系应该可以用普遍的物像公式求解”,同时考虑到问题的特殊性,得出处理平行板组合光具组的一般结论,进而推广到变折射率问题. 取如图所示的光学系统为研究对象,其中,AB为物,n0为物空间的折射率,s为物距(从第1界面算起),人眼所在的空间(即像空间)的折射率为n‘0,它通过一折光系统看到AB的像A’B’离第N+1个界面的像距是 s’(图中未画出这一点),而这一折光系统是由厚度分别为d1、d2、d3、…dN,折射率对应为n1、…     

光学一题

如题图,光轴上O1、O2处各有一个单一折射球面,分隔着折射率分别为 n= 1. 0、 n0= 1. 3和n’=1.7的三种均匀透明介质.已知实物点S对此两球面相继的近轴折射像点位于 S’.试用作图法求定两个球面的中心C1、C2,以及此组合系统的像方主点H’、像方焦点F’.“光学一题”解答 题中只给出了球面顶点位置和两侧折射率数值,所以可利用通过球面顶点O的共轭光线满足折射定律这一特性来求解,如解图,O1为中任意长作单位,作出半径为1.0和1.39的圆弧N和N0.延长SO1交N于A,作过A的轴平行线交N0于B,则O1B是满足折射定律的与入射线SO1共轭的第一折射…     

波带片的衍射(二)

四、波带片成象 若用一点光源照明波带片(图6),入射波是球面波,波带片的表面不再是入射波的同位相面,按照菲涅耳-基尔霍夫公式,P点的振动应为式中U0′为点源S发出的球面波传到单位距离处的振幅,按照平面波入射时完全相同的近似讨论,并令 ε′=cosθ cosθ,上式可写为积分上式,令,并取 U(P)之共轭量相乘得上式即为沿轴线之衍射光强分布公式.由此式可知,当φ′=±(2n-1)(n为整数)时,光强为主极大,生成多级象.各级象的位置满足公式若令j。一b。/上(Zn—1),上式成为与几何光学中薄透镜成象的高斯公式相似的形式 六十于一年一(式中b’一物距,…     

角膜曲率半径的测量

在普通物理实验中,钢珠的曲率半径可以直接用卡尺测量.但人眼角膜是不能接触的,因此,不能用这个方法。1839年Kohlrausch曾设计了一个用几何光学的方法测定角膜曲率半径的实验[1],并得到角膜的平均曲率半径为7.87毫米.这个方法是古老的,但对于正在学习普通物理的生物和医学专业的学生来说,无疑是新鲜和有益的. 实验原理 人眼角膜是一个凸面镜,遵守成像公式.式中S、S′及R分别是物距、像距及曲率半径.图一是实验原理图,E是眼球,角膜的曲率半径为r;o及o′是作为物的两个相距为l的细缝光源,到反射面角膜的物距为u;经角膜反射后,形成相距为l′…     

透镜测焦实验中调节同轴等高的简便方法

在光学实验中,光学元件同轴等高的调节是实验上必不可少的一个重要环节,透镜同轴等高的调节通常应用透镜成像的轭原理进行,即采用“大像追小像”的方法。这种方法操作比较复杂。现介绍一种准确、快速、简便的调节方法,供大家参考。实验光路如图1,物AB经凸透镜前表面折射、后表面反射以及前表而再次折射后,在物屏上成像于A′B′。当透镜翻转180°,后表面面向物AB时。此时沿光具座导轨方向前后平移透镜,同样在     

傅里叶变换光学基本原理讲座 第四讲 阿贝成象原理与相衬显微镜

一、阿贝成象原理 一百多年前,德国人阿贝(Abbe,1874年)在蔡司光学公司任职期间研究如何提高显微镜的分辨本领问题时,提出了关于相干成象的一个新原理.现在看来,当初的阿贝成象原理已为现代变换光学中正在兴起的空间滤波和信息处理的概念奠定了基础.因为任何图象都可作傅里叶展开,最基本的图象是正弦光栅.下面我们就以正弦光栅为物,说明并论证阿贝成象原理. 如图4.1,用平行光照明傍轴小物ABC,使整个系统成为相干成象系统,象成于A’B’C’.如何看待这个系统的成象过程呢? 一种观点着眼于点的对应:物是点A、B、C等的集合,它们都是次波源,…     

光学零件的局部光圈

<正> 一个设计质量很好的光学系统,如果加工质量不佳,将会直接影响系统的象质。影响成象质量因素较多,本文只对光学零件的局部光圈△N对象质的影响进行探讨,并提出如何给定局部光圈。光学仪器是光波的变换器,光学零件是光学仪器的一部分,如图1所示。一个发光点A发出的在均匀介质中传播的光波W,具有严格的球面形状,如果光学系统“B”为理想光学     

验证主平面性质实验的改进

笔者在《大学物理》1984年第9期《验证主平面性质的实验》一文中所述实验的主要缺点是演示物方主平面上一点成象于象方主平面时,原光置于物方主平面处的屏必须取下来,这样,实际上学生已看不到物点,只能根据准直镜的移动来想象物点在移动,当然就更谈不上同时测量物点和象点移动的幅度了.其次是用移动准直镜的方法来使物点移动,这种作法也不严格.笔者对这个实验作了如下的改进. 选用删节仪附件中的另一透镜组,如图1,它的两个主平面H、H′分别在透镜组的两端面以外. 选择一光栅常数适当的透射光栅“’(或正交光栅)作为物屏,置于透镜组的物方主…     

钕4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶配合物液体激光介质的合成及其光学特性(英文)

合成并用元素分析、红外光谱法表征了一种4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶五氟丙酸钕配合物—Nd(C2F5COO)3·Dmbp(Dmbp:4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶).将该配合物溶解在N,N-二甲基甲酰胺中获得了液体介质,依据液体介质的吸收和荧光光谱,通过Judd-Ofelt理论计算获得了钕离子的谱线强度参数(Ω2,Ω4,Ω6)和受激发射截面.计算得到该配合物中钕离子4F3/2→4I11/2跃迁的受激发射截面为5.2×10-20 cm2,表明该钕配合物在液体基质中具有较好的发光特性.通过荧光发射光谱分析可知,Nd(C2F5COO)3·Dmbp将是一种有前途的光学增益材料.     

一个在BX-1机上运行的大容量光学计算程序

光学传递函数的计算,无论是几何的还是物理的,通常都是在7Q16或719机等中型以上的计算机上进行的。而象BX-1这样的小型机,由于其内存小,计算速度慢,因此很难进行这一类计算。本文介绍了一个在BX-1机上运行的大容量程序,该程序具有计算光学系统波差、波色差、二维渐晕、点列图和几何光学传递函数等十二个功能。对于在BX-1机上运行大容量程序时所经常遇到的计算机內存小、运行速度慢等问題也作了一些讨论。     

傅里叶变换光学基本原理讲座 第八讲 点扩展函数与光学传递函数

一、关于光学系统的象质评价问题 对于显微镜、望远镜、照相机一类光学仪器,人们要求它们尽可能完善地成象,即要求象面上的光强分布尽可能准确地反映物面上的光强分布.怎样评价象质的优劣,这是一个很复杂的问题.在几何光学中,人们用光线追迹的手段,研究各种几何象差.但在实际成象过程中,即使是较简单的三级象差理论给出的五种象差,也是同时并存的.人们又曾在波动光学中根据衍射的理论讨论过仪器的象分辨本领,用能分辨测试板上两条刻线的最小极限距离来衡量镜头的好坏.然而实际问题是复杂的,镜头某一两个简单的指标都不足以全面地评价它的性…     

光学思考题三则

一、如图一所示,按实线光路,物点A与象点B对薄凸透镜共轭;按点线光路,物点A与象点C共轭.所以我们说:“象点B和C与同一物点A共轭”.这种说法对吗? 二、惠更斯──菲涅耳原理描述了如何计算观察点处的衍射光强,其中元波面ds在观察点P处的元振幅dA是和ds的面积成正比的,见图二.我们用黑纸将荧光灯裹住,并在黑纸上挖一个小孔ds,那么墙上P处将有一定的辐射照度;现将小孔面积增大为2ds,则P处照度增大一倍.那么,究竟是振幅与面元面积ds成正比,还是光强与面元面积成正比呢?两种说法是否有矛盾? 三、空酒杯底部看起来是一个凸玻璃球面,并未现出…     

飞秒激光微纳3D打印新进展——首次实现微尺度光波段3D Luneburg透镜

正梯度折射率光学(gradient-index optics)是光学领域近年来蓬勃发展的研究分支之一,其研究的对象是非均匀折射率介质中的光学现象[1]。发生于非均匀介质中的光学现象在自然界是一种普遍存在的客观物理现象。早在公元100年,人们就己观察到"海市蜃楼"、"沙漠神泉"等奇景,都是由于大气层折射率的局部不均匀变化对地面景色产生折射而出现的一种奇观。通过对这些自然现象的观察、研究,人们逐渐领悟到材料折射率的非均匀性可以导     

基于2,2′-硫代苯甲酸构筑的稀土配合物的原位合成、结构和发光性能研究

通过水热法合成了一例稀土配合物1[Dy(2,2′-dtba)(2,2′-Hdtba)(EtOH)]n(2,2′-dtba=2,2′-dithiobenzoic acid)。化合物1是三斜晶系,P-1空间群,结构中的2,2′-二硫代苯甲酸是由2-巯基苯甲酸分子在高温和pH 3.5条件下原位反应生成的。其结构是基于二核稀土簇构建的2D层状结构,再通过氢键形成3D超分子网络结构,并对其进行红外和荧光谱学性能研究。     

空间弯曲光束的折射特性

空间弯曲光束在光学捕获和光纤传感等领域具有重要的应用价值,在这些应用中,空间的介质环境起着重要作用。根据空间弯曲光束的激发原理提出了一种理论方法,应用折射定律反演空间弯曲光束的每一条几何射线,以描述空间弯曲光束在空气-介质界面的折射现象,同时以空间弯曲光束为例进行了有限元法模拟。所阐明的空间弯曲光束在空气-介质界面的折射机制为解释任意通过相位反演激发的空间弯曲光束的折射机制提供了一定的参考。     

Li2 Autler-Townes分裂的实验观察

用光学 光学双共振激光光谱研究了 7Li2 A1Σ+ u 态的Autler Townes (A T)分裂 .一个强的耦合场 (泵浦激光 )激发 7Li2 A1Σ+ u v′ ,J′←X1Σ+ g v″,J″跃迁 ,诱发A1Σ+ u v′ ,J′能级和X1Σ+ g v″ ,J″能级的A T分裂 .另一个探测激光从A1Σ+ u v′ ,J′能级进一步激发到 4 1Σ+ g 态 .扫描探测激光 ,监测 4 1Σ+ g 态碰撞诱导紫色荧光 ,从而探测A1Σ+ u v′,J′能级的A T分裂 .当耦合场频率偏离共振时 ,激发光谱线出现双重分裂 .在该实验条件下 ,分裂大小和泵浦激光频率偏离共振频率的失谐量成正比 .研究了A T分裂的两条线的相对强度与泵浦、探测光的强度及缓冲气体压力的关系 .