光學電磁理論20161202

1、有限時域差分（FTDT）求解麥克斯韋方程組 假設電場和磁場都不隨z變化，可將三維問題簡化為二維問題。旋度方程可分成相互獨立的兩組方程。分別描述TE波和TM波。zTE波（傳播方向由電場方向決定）TM波（傳播方向由電場方向決定）zzzyxHEHE三維光束和二維光束 E(x, y, z, t)H(x, y, z, t)xzxyzzyxzE(x, y, t)H(x, y, t)FTDT方法的應用非均勻介質(zhì)中的光場計算nt(n+1)tYee氏元胞中TE波和TM波各光場量的節(jié)點位置關系(n+1/2)tt(n)n+1/2(i+1/2, j)nn+1(i+1/2, j+1/2)HEE(i, j)(i-1/2,

2、 j+1/2)(i-1/2, j)(i, j+1/2)(i, j-1/2)ExEyHzX(i)y(j)n-1/2H一階差分格式TE 波一階差分格式TM 波系數(shù)表達式穩(wěn)定性條件光學實驗常用器件和儀器簡介光的方向控制-反射鏡介質(zhì)膜反射鏡優(yōu)點：高反射率(99%)，高破壞閾值。局限：對波長敏感，對入射角敏感金屬膜反射鏡（金，銀，鋁等）優(yōu)點: 對入射角不敏感；銀鏡，鋁鏡對波長不敏感。局限：反射率低于介質(zhì)膜反射鏡，破壞閾值較低。如何讓光束沿指定路徑傳輸光闌1光闌2鏡面1鏡面2步驟：擴大光闌1的光圈，調(diào)節(jié)鏡面2，讓光束穿過光闌2的中心；縮小光闌1的光圈，調(diào)節(jié)鏡面1，讓光束穿過光闌1的中心；循環(huán)上兩個步驟，直

3、至光束能夠同時穿過光闌1和光闌2的中心。光的偏振控制電光控制偏振片布魯斯特角V諧振腔內(nèi)選偏LEDV256個強度等級VV勻光板背光板偏振片液晶濾色片偏振片RGB色彩空間光的偏振控制的應用-液晶顯示設備單片液晶投影機光損失: 偏振片50%，濾色片67%集光效率，液晶開口率，。3LCD投影機圖片來自網(wǎng)絡偏振光轉(zhuǎn)換器1/2波片遮光板透鏡陣列光學成像設備Charge Coupled Device(電荷耦合器件)功能: 將光信號轉(zhuǎn)化為電信號.用途: 記錄圖象, 取代照相底片.常用成像設備：CCD相機實驗室常用的CCD相機工業(yè)CCD特點: 1. 價格便宜(數(shù)百元)2. 操作方便3. 動態(tài)范圍小, 通常8bi

4、t - 256個灰度級4. 無制冷, 噪聲水平相對較高主要用途: 監(jiān)控 科學級CCD特點: 1. 價格昂貴2. 操作方便3. 動態(tài)范圍大, 通常16bit 6萬多灰度級4. 有制冷, 噪聲水平低主要用途: 采集實驗圖象并做定量分析特種科學級CCDICCD (Intensified CCD)特點: 1. 價格昂貴2. 高靈敏度, ns級時間分辨3. 芯片易老化, 使用壽命相對較短 工作原理: 高壓光陰極-微通道板-熒光屏- CCD 用途:時間分辨的圖象采集光陰極微通道板磷屏感光CCD芯片光纖耦合器VEMCCD (Electron Multiplying CCD) 特點:1. 高靈敏度, 高增益,

5、 與ICCD不同的是, 電子倍增功能在感光之后完成.2. 芯片密封在惰性氣體中, 不易老化, 比ICCD使用壽命長.用途:用于微弱圖象信號的采集.EMCCD在關閉EM功能時, 等同于普通CCD.只有在探測微弱圖象信號時, 才需要打開EM功能.信號本身比較強時打開EM功能, 信噪比反而不如普通科學級CCD CCD, ICCD , EMCCD如何選取? 不需要時間分辨的成像, 用CCD. 不需要時間分辨的弱信號成像, 用EMCCD. 需要時間分辨時： 1. 光源(探針光)本身能夠提供時間分辨(持續(xù)時間小于ICCD快門): 用CCD或EMCCD 2. 光源持續(xù)時間遠大于ICCD快門: 用ICCD3. 光源雖然能夠提供時間分辨,但強度很弱并且背景光噪聲水平較高: 用ICCDCCDCCD使用注意事項使用注意事項 一定要避免強光照射！ 實驗中一定要使用衰減片，確保光強要由低到高； 使用過程中衰減片盡可能貼近CCD入光口. 在調(diào)光路時操作人員一定不要采集. 實用過程中應避免污染(灰塵、油污)感光芯片！ 使