光学一题

如图一,将像方焦距 的凸透镜沿其表面直径切去宽度为a的部分,然后将两个半块粘结成对切透镜L,并用它来做分波前干涉实验.装置如图二所示,S是波长λ=0.5μ 的单色点光源,测得L右侧正置屏幕上的干涉条纹间距 为0.5mm,且这一数值与屏幕到L的距离无关.试求透镜切去的宽度a.光学一题@潘维济$南开大学     

光学三题──选自美国研究生考题

1.用一个针孔与照相底片相距为D的针孔照相机,对远处发射波长为　的单色物体进行拍摄。要使底片上有最高的清晰度,则针孔直径x应是多大?曝光时间和距离D是什么关系? 2.波长　为.0.5微米的平行单色光垂直入射到双缝平面上,已知双缝间距t为0.5毫米。在双缝另一侧(即右侧)5厘米远处,正放置一枚象方焦距f‘为 10厘米的理想透镜 L,在L右侧12厘米远处放置一屏幕。问屏幕上有无干涉条纹?若有,则条纹间距e’是多少? 3.如图所示,共轴放置的两个理想透镜L1、L2,它们的间距为30厘米。已知L1的直径D1为 4厘米,象方焦距f1’为 10厘米; L2的直径 D2为2…     

对切透镜实验装置与双光束干涉现象

一般光学教科书介绍双光束分波前干涉原理时,都是结合杨氏双孔(缝)实验、双面镜、洛埃镜和双棱镜等装置来加以说明。每一种实验装置只能从一个方面来演示相应的现象,不能给出双光束干涉现象的全貌。近几年来,我们结合光学课的教学,经过多次实验观察,利用两块半哉透镜组装了五种不同结构的干涉装置。通过这些装置,可以演示和分析双光束干涉的大多数实验现象。现已     

用激光散斑照相研究高温差自然对流换热

一、测量原理与方法 使用散斑照相测量加热竖板自然对流温度场的实验装置如图1所示。来自He-Ne激光器LS的光束经过聚焦透镜L1,针孔滤波器Al和准直透镜L2后,以一束准直平行光束通过测试段TS。前置放大透镜L_8将测试段成像在毛玻璃GG上。当激光束照射毛玻璃时,被毛玻璃粗糙表面所散射的光束会在空间形成     

半圆透镜的加工

<正> 图1为半圆透镜的加工,原是将单块半圆透镜粘上火漆,上盘时将两块半圆透镜的弦面对成一近似圆透镜的形状,再贴置上盘,成盘精磨抛光。但当a、b两透镜进行胶合时,很难使中心偏C达到0.03mm的技术要求。有时中心偏虽然合格,但外圆柱面又会出现两块不齐的现象,因而造成大量报废。     

透镜焦平面上等倾干涉条纹的形状

用迈克尔逊干涉仪观察等倾干涉条纹的装置如图1所示。将钠灯前的毛玻璃片置于透镜L_1的焦平面上,反射镜M_1与反射镜M_2的象M_2′之间形成厚度均匀的空气薄膜,不用透镜L_2,让眼调焦到无限远,向薄膜方向看去,可看到定域在无穷远的等倾干涉条纹。也可以在透镜L_2的焦平面上观察等倾干涉,如图1中,平行光束会聚在焦平面F′上。让焦平面F′与薄膜表面平行,则在     

激光热透镜效应及其等效焦距测量实验设计

基于共轴双光束干涉法设计了激光热透镜效应及其等效焦距测量装置.使用厚度约为200μm的薄酱油层样品作为观察热透镜效应的介质,将其置于半导体激光器的汇聚点上,可以在光屏上观察到同心衍射圆环,定性演示激光热透镜效应,并对热透镜的等效焦距进行定量测量.实验结果显示:薄酱油层在半导体激光照射下产生的热透镜效应可等效为凹透镜;基于共轴双光束法的热透镜等效焦距测量较为准确,利用Origin软件对8组实验数据进行线性拟合,相关系数为0.997.     

双光学平板莫尔条纹实验

传统的莫尔(Moire′)条纹一般是在一组透射光栅上实现的。本文提出了一种实现莫尔条纹的新方法——双光学平板法。利用两块相同厚度的光学平板产生的多光束干涉效应来产生莫尔条纹。原理光线斜入射至一光学平板时,其反射光会在远处屏幕上产生一组清晰的干涉条纹。再使第一平板上的反射光以同样入射角入射到第二平板上。最终的反射光为两组干涉条纹的重叠,即产生了莫尔条纹。实际光路见图,激光束由透镜L略加扩束后到达固定平     

双半透镜干涉场的研究

基于波前分析和基尔霍夫衍射积分式,导出了在会聚球面波照射下圆孔或半圆孔菲涅耳衍射场沿轴的复振幅分布,特别关注其相位分布,给出了像点两侧对称点之间的相位差公式,结果表明过像点的相位变化是连续的.进而将这些结果应用于双半透镜装置,即梅斯林干涉实验,分别两种情况(即焦距相等而物距不等和物距相等而焦距不等)给出了分别由单个半透镜产生的两个衍射场之间的相位差公式和相应的干涉强度公式.结果表明,这两个衍射场沿轴的有效相位差未必是0,亦未必是π,还可能出现锯齿型的反复变化.本研究为正确地分析双半透镜产生的两个衍射场之间的干涉场提供了一个可靠的理论途径.     

光学一题

如图,横线是一薄透镜的光轴,薄透镜的物方、像方折射率分别为n=1.0、n'=1.5已知实物点S此薄透镜近轴成像于S',试用作图法求定薄透镜的两个焦点F和F'. 在解图中,以 S’的垂轴线高为y’,取 1.5y’的离轴高度,得M.联接SM并延长交轴于H(即H’).H(H’)就是描述薄透镜位置的物方(像方)主点 H(H’).在三角形HAS中,有这正是近轴成像时的垂轴放大率公式,故上述作图求H(H’)的方法成立. 主点既已确定,则可根据解图中的共轭光线1、1’和2、2’,分别求定轴上的物方焦点和像方焦点F’.可以肯定,像方焦距值一定是物方焦距值的1.5倍;透镜是发…     

采用聚焦空心光束的原子透镜

本文提出了一种采用2π位相板产生聚焦空心光束的新方法.由于位相板对光束具有位相调制作用,这将导致输出光束中心的完全相消干涉效应,使得输出光束的轴向强度为零,从而在位相板和透镜后方产生一束聚焦的空心光束.理论计算表明,我们可以通过调节薄透镜的焦距f和入射准直高斯光束的束腰w0大小,在焦平面上产生一个极小的暗斑尺寸(DSS),用于形成分辨率很高的原子透镜.我们的研究发现在焦平面上,聚焦中空光束的DSS越小,光学势越大,对应的最佳失谐量δ也越大,越有利于原子透镜分辨率的提高.因为这不仅有利于得到高分辨率的原子透镜,而且还可有效地减少聚焦中空光束中原子的自发辐射和光子散射效应.此外,我们还考虑了各项象差对聚焦原子束分辨率的影响.研究发现聚焦原子束的焦距有一最小值f=3.88 m,构成的原子透镜分辨率大约为0.6 nm.显然,这一原子透镜在高分辨率原子光刻等方面有着潜在的应用前景.     

一种测薄透镜光学参量的简便方法（续）

此法适用于图1所示的等凸、等凹、平凸和平凹透镜光学参量的测量．关于等凸、等凹透镜的测量方法，在本刊曾介绍过[1]，本文则给出平凸、平凹透镜光学参量的测量方法．图1四种形状的透镜一、实验装置与测量方法如图2所示，在光具座上依次放上小灯、毛玻璃、有箭头孔的物屏和待测透镜．图2测量装置简图共轴调节后，使待测透镜贴近物屏，然后逐渐远离物屏，直到在物屏上看到清晰的，与物孔等高倒立之实像为止，设此时透镜与物屏间距离为s．在本文中，s是个重要的量，由它可方便地求出透镜各光学参量．下面给出用s表述的透镜焦距f、透镜玻璃折…     

“光学一题”解答

题中给出干涉条纹间距 与屏幕位置无关,这说明两相干点光源只能在无限远,即点光源S正位于透镜L的物方焦点上,这是解题的关键.可以肯定,透镜L右侧是传播方向夹β角的两束平行光的干涉场,且β=a/f’ 如图,依据制作全息光栅的原理。栅距　　　　　　　　参与相干的两束平行光传播方向之间夹角β的关系为“光学一题”解答@潘维济$南开大学     

洛埃镜干涉条纹的可见度

洛埃镜、菲涅耳双面镜和双棱镜都是观察不定域、分波前、双光束干涉的实验装置,在图1(a)洛埃镜装置中,缝宽为a的实缝S,其边缘A和B是自上而下分布的;实缝S对M反射镜的虚像S'的对应边缘A'和B'却是自下而上分布的.在图1(b)菲涅耳双棱镜装置中,两相干虚光源缝缘A1、B1和A2、B2的分布方向则是一致的.由于两装置中的实缝AB是被非激光的普通单色光所照明,两相干双缝中非对应点(如A和C'、A1和C2)所发光波是不相干的,所以屏幕P上的光强分布应该是许多对应点各自干涉光强分布的迭加.若缝宽a恰是两相千缝最近边缘间距2b的四分之一,即a=b/2,我们…     

凸透镜焦距测量的误差分析

教科书中讲到,在实验过程中先用1/f=1/u+1/v对透镜的焦距进行初测,然后再用f=(L~2-d~2)/4L作精密测定。下面想就这个实验的误差先作一个粗浅的分析,然后再说明为什么要采用这样的步骤。一、用1/f=1/u+1/v测定焦距时的误差这是理想薄透镜公式,透镜厚度不计。目前学生实验用的都是双凸透镜,u和v分别是物点和象点至透镜中心(或光心)的距离(见     

双级无衍射光束的生成理论与实验研究

为进一步完善多级无衍射光束的传输与变换理论,拓展双级无衍射光束的应用范围,根据轴锥镜法和菲涅耳衍射理论对双级无衍射光束的光场分布做了详细理论分析;基于轴锥镜法搭建生成双级无衍射光束的实验平台,获取了沿光轴传输至不同距离处的截面光斑及其光强分布,探究了平行光束不同入射倾角对无衍射光束传输变换的影响.实验结果表明:双极无衍射出射光场由四个区域组成,在干涉重合区其光强为一、二级轴棱锥出射场的耦合叠加,其余区域仍保持单级无衍射光束的传播特性,其光强大小受轴棱锥透镜的入射光阑与透镜底角影响,光斑破裂程度与平行光束的入射倾角呈正相关.本文对双极无衍射光束的空间传播特性、光强分布特性、光强影响因素等做了详细分析,对拓展多级无衍射光束的应用具有指导意义.     

异轴双半圆柱透镜准直半导体激光光束

运用光线追迹的方法,讨论了异轴双半圆柱透镜准直半导体激光光束的效率.数值模拟结果表明,异轴双半圆柱透镜可用于准直半导体激光光束,在最佳准直时,透镜材料的折射率允许高于2;当折射率在一定的范围内变化时,其准直效率随折射率的增大而提高.理论上可以将半导体激光器输出光束快轴方向的发散角压缩到0.1 mrad量级以下.     

基于多光束干涉的长程轮廓仪

为提高长程轮廓仪(LTP)面型检测的精度,提出一种使用波面型等光程多光束分束器的LTP。该分束结构可将入射光束分成若干束等光强等光程的相干光。在理论上分析计算了傅里叶变换(FT)透镜焦平面上干涉条纹的位置和强度分布,探究了零级干涉主极大条纹宽度、振幅和±1级干涉主极大条纹振幅与多光束分束器各结构参数之间的关系。通过选取合适的参数设计了基于多光束干涉原理的新型分束器,并与传统分束器进行了仿真实验比较,设计了测量系统中的准直镜和FT透镜,在Zemax软件中建立了完整的光学系统模型,并对该模型进行了实验验证。结果表明多光束干涉长程轮廓仪可以实现对被测表面斜率的测量,其在探测面上的干涉条纹宽度比传统双光束干涉窄,光强也更加集中,可以提高LTP的测量精度。     

超快光脉冲照射GaAs晶体产生的干涉环

用飞秒脉冲激光照射砷化镓(gallium arsenide, GaAs)晶体,透射光出现了多级的干涉环.利用透射式Z-扫描光路,改变飞秒脉冲激光入射到GaAs晶体表面时的功率密度,观察到干涉环有规律地收缩(或扩张):功率密度越大,出现的干涉环越多,张角也越大.高强度飞秒脉冲激光的非线性效应局部地改变了GaAs晶体的折射率,从而导致光程差的出现,这是一种非线性效应(克尔透镜).超快光脉冲在GaAs晶体里产生的克尔透镜不能像理想的薄透镜那样把光束聚焦,而是让透镜光束形成了干涉环.通过分析干涉环的变化,可以得到GaAs晶体的非线性吸收系数和非线性折射率.     

基于单一分光棱镜干涉仪的双通路定量相位显微术

仅仅使用一个单独的分光棱镜(BS),实现了一种用于生物细胞三维成像的双通路定量相位显微术.不同于传统的使用方法,将BS倾斜放置,使中央半反射层与入射光光轴之间存在一个非常小的角度.这样基于BS的分光特性,经过BS后的透射光束和反射光束将会叠加在一起并形成干涉.调节样品位置,利用相机拍摄同时获得了存在π相移的双通路干涉图.这种离轴干涉模式,只需要记录单幅干涉图就可以获得真实的相位信息,方法结构简单,易于操作,适用于微小透明样品的三维形貌测量.