精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用 - 課程概述與基礎(chǔ)理論

Einstein's

General

Relativity引力波

愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言

由于空間質(zhì)量和速度的變化

導(dǎo)致的時(shí)空波動(dòng)

以光速傳播

時(shí)空曲率的擾動(dòng)以行進(jìn)波的

形式向外傳遞的一種方式B.

P.

Abbott

et

al.

(LIGO

Scientific

Collaboration

and

the

Virgo

Collaboration),“Observation

of

Gravitational

Waves

from

a

Binary

Black

Hole

Merger,”

Phys.Rev.

Lett.

116,

061102

(2016).激光干涉引力波探測(cè)原理Ref.:

/articles/v9/17?

光學(xué)–激光器、干涉儀、光學(xué)元件……?

機(jī)械–真空、隔振、穩(wěn)頻……?

電學(xué)–極微弱信號(hào)檢測(cè)、去噪……?

軟件–信號(hào)的處理與顯示……?????課程名稱：精密干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)與應(yīng)用課程學(xué)分：2學(xué)分上課時(shí)間：春學(xué)期

周一下午6-7節(jié)(13:15-

-15:40)實(shí)驗(yàn)時(shí)間：3月中下旬主要內(nèi)容：–現(xiàn)代干涉測(cè)試技術(shù)理論–干涉條紋與Zernike多項(xiàng)式–干涉條紋處理與相位恢復(fù)–干涉球面檢測(cè)與子孔徑拼接–干涉非球面檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)–常見干涉儀原理及其特點(diǎn)–光學(xué)干涉檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)——光的特性及光學(xué)原理——光程差及多項(xiàng)式擬合——干涉算法及軟件流程——光學(xué)調(diào)整及進(jìn)階算法——復(fù)雜面形檢測(cè)及晉級(jí)——知識(shí)拓展并舉一反三——全局把握與系統(tǒng)工程?

光的波粒二相性

牛頓Isaac

Newton

1642—1727

惠更斯Christian

Huygens

1629—1695

楊氏Thomas

Young

1773—1829

菲涅爾Augustine-Jean

Fresnel

1788—1827衍射、干涉、色散、折射

波動(dòng)說(shuō)直進(jìn)、反射、偏振、折射

微粒說(shuō)?

光的電磁理論

麥克斯韋James

Clerk

Maxwell

1831—1879波動(dòng)說(shuō)……積分及微分形式的麥克斯韋方程組?

光的量子理論

普朗克

Max

Planck

1858—19471900年，量子假說(shuō)

愛(ài)因斯坦

Albert

Einstein

1879—19651905年，光子理論微粒說(shuō)……0

cos(

)

x

E

kz

t

x

cos(

)

E

kz

t

y

?

偏振?

線偏振、圓偏振、橢圓偏振?

左旋、右旋

E

0y

假設(shè)光的傳播方向沿z軸正向，選取垂直于波矢k的平面內(nèi)兩個(gè)正交方向分別為x軸和y軸。則單色平面波在兩方向上的振動(dòng)可以表示為：0

cos(

)

x

E

kz

t

x

cos(

)

E

kz

t

y

?

線偏振、圓偏振、橢圓偏振

E

0y

0

cos(

)

x

E

kz

t

x

cos(

)

E

kz

t

y

?

線偏振、圓偏振、橢圓偏振

E

0y

0

cos(

)

x

E

kz

t

x

cos(

)

E

kz

t

y

?

左旋、右旋

E

0y

E0xcos(kz

t)x

E

cos(kz

t

)y

?

自然光、部分偏振光?

偏振度P

Imax

IminImax

Imin

E

0y

?

偏振光的產(chǎn)生

–反射和折射

?

布儒斯特角

–二向色性

–雙折射

–散射偏振分光棱鏡?

偏振光的產(chǎn)生

–反射和折射

–二向色性

–雙折射

–散射二向色性源于物理上的各向異性，存在著一個(gè)特殊方向，當(dāng)振動(dòng)的電矢量與其平行時(shí)被吸收得較少，光可以較多地通過(guò)；而振動(dòng)的電矢量與其垂直時(shí)被強(qiáng)烈地吸收，光通過(guò)得很少。H偏振片?

偏振光的產(chǎn)生

–反射和折射

–二向色性

–雙折射

–散射讓一束平行的自然光束入射在冰洲石晶體的一個(gè)表面上，發(fā)現(xiàn)光束分解成兩束。如果用檢偏器來(lái)檢驗(yàn)雙折射產(chǎn)生的o光和e光的偏振態(tài)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)o光和e光都是線偏振的。Wollaston棱鏡?

偏振光的產(chǎn)生

–反射和折射

–二向色性

–雙折射

–散射波片：由單軸晶體中切割下來(lái)的平行平板，其表面與晶體的光軸平行。平行光正入射時(shí)，平行于光軸的分量為o光，垂直于光軸的分量為e光，兩光束傳播方向不改變，但有相位延遲。λ/4、

λ/2波片?

惠更斯—菲涅爾原理–子波相干疊加?

基爾霍夫衍射理論–標(biāo)量衍射理論–速度快，精度尚可E2

02(P)cos

2

2(P)

(P,t)

E

t

?

產(chǎn)生干涉的條件

–頻率相同

–振動(dòng)方向相同

–相位差恒定

2E1(P,t)

E01(P)cos

1t

1(P)

E(P,t)

E1(P,t)

E2(P,t)

E01(P)cos

1t

1(P)

E02(P)cos

2t

2(P)

I(P)

E2(P,t)

E01(P)cos

1t

1(P)

E02(P)cos

2t

2(P)

I1(P)

I2(P)

2

I1(P)

I2(P)

cos

1t

1

cos

2t

2

由于

cos

1t

1

cos

2t

2

cos

1

2

t

(

1

2)

cos

1

2

t

(

1

2)

所以……

實(shí)際中的光波通常并不滿足這些條件，要使它們發(fā)生

干涉必須利用一定的裝置并讓它們滿足相干條件，這樣的

裝置稱為干涉儀。亞利桑那大學(xué)

光學(xué)中心

干涉儀主機(jī)置于三層樓高

的架子大型天文望遠(yuǎn)鏡檢測(cè)22TMT望遠(yuǎn)鏡(Thirty

Meter

Telescope)美國(guó)夏威夷莫納克亞山(國(guó)際著名的優(yōu)良天文臺(tái)址)非球面通用化檢測(cè)系統(tǒng)環(huán)形徑向剪切干涉檢測(cè)系統(tǒng)原理圖

高能激光脈沖光束質(zhì)量檢測(cè)

飛行體、風(fēng)洞高速流場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)、在線檢測(cè)瞬態(tài)激光波前診斷系統(tǒng)針孔點(diǎn)衍射干涉儀系統(tǒng)原理及光路圖超高精度面形檢測(cè)系統(tǒng)

面形檢測(cè)精度優(yōu)于1/1000λPV交叉光柵剪切干涉系統(tǒng)并行計(jì)算

硬件運(yùn)算緊湊型

大動(dòng)態(tài)范圍

涵蓋如下幾方面：

光是什么？

……

光有哪些特性？

……

偏振及其產(chǎn)生方法？

……

光的衍射

……

光的干涉產(chǎn)生

……?

課堂測(cè)驗(yàn)-3?

專業(yè)知識(shí)應(yīng)用

20分(3月20日前提交)

–選擇5項(xiàng)以上生活中涉及到光電相關(guān)知識(shí)的現(xiàn)象、事物、產(chǎn)品、場(chǎng)

景等，試著從光電專業(yè)的角度去解釋、分析

–例如，墨子號(hào)、發(fā)現(xiàn)類地行星、太陽(yáng)能、博物館、手機(jī)屏與視力

、舞臺(tái)燈光……?

課程實(shí)驗(yàn)?

課程報(bào)告20分(10分操作、10分報(bào)告，3月中旬開始)30分(4月15日前提交)–針對(duì)感興趣的課程中所涉及的內(nèi)容，整理一份文獻(xiàn)綜述報(bào)告–三人一組，注明分?jǐn)?shù)分配(80:80:80？)，5頁(yè)以上，圖文并茂。如?

常見干涉儀及其特點(diǎn)?

新型干涉儀及其特點(diǎn)?：

光的偏振特性及其應(yīng)用?干涉圖解調(diào)方法研究???干涉位相調(diào)制技術(shù)與解調(diào)