光电基础知识培训课件

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1、 光电基础知识光电基础知识培训课程培训课程1光电基础知识培训课程安排课程安排几几几几何何何何光光光光学学学学波波波波动动动动光光光光学学学学光光光光纤纤纤纤通通通通讯讯讯讯基基基基础础础础光光光光学学学学材材材材料料料料反射反射折射折射全反射全反射干涉干涉衍射衍射偏振偏振光纤光纤激光器激光器光无源器件光无源器件光学玻璃光学玻璃光学晶体光学晶体光学塑料光学塑料2光电基础知识培训光光- -LightLight，是我们最熟悉的现象之一，是我们最熟悉的现象之一，没有光，人类就无法生存。没有光，人类就无法生存。万物生长靠太阳！万物生长靠太阳！地球上的主要能源都是直接或间接来自太阳能！地球上的主要能源都是

2、直接或间接来自太阳能！3光电基础知识培训生活中，大自然中有关光的现象无处不在生活中，大自然中有关光的现象无处不在佛光佛光彩虹彩虹海市蜃楼海市蜃楼日晕日晕4光电基础知识培训光学的应用领域越来越广泛光学的应用领域越来越广泛显微镜显微镜激光制导激光制导潜望镜潜望镜红外雷达红外雷达哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜光纤通讯光纤通讯5光电基础知识培训光学的发展历史光学的发展历史 萌芽时期萌芽时期（前（前5世纪世纪-15世纪末世纪末 ） 几何光学时期几何光学时期（16世纪初世纪初-18世纪末）世纪末） 波动光学时期波动光学时期（19世纪初世纪初-19世纪末）世纪末） 现代光学时期现代光学时期（20世纪世纪60年

3、代起年代起- ） 量子光学时期量子光学时期（19世纪末世纪末-20世纪初）世纪初）6光电基础知识培训光又是什么？光又是什么？什么是光？什么是光？Light is color! Light is energy!Light is wave?Light is particle ?7光电基础知识培训光的简单认识光的简单认识 光是一种重要光是一种重要光是一种重要光是一种重要的自然现象，我的自然现象，我的自然现象，我的自然现象，我们之所以能够看们之所以能够看们之所以能够看们之所以能够看到客观世界中班到客观世界中班到客观世界中班到客观世界中班驳陆离，瞬息万驳陆离，瞬息万驳陆离，瞬息万驳陆离，瞬息万变的景象，

4、就是变的景象，就是变的景象，就是变的景象，就是因为眼睛接收到因为眼睛接收到因为眼睛接收到因为眼睛接收到了物体发射，反了物体发射，反了物体发射，反了物体发射，反射或散射的光。射或散射的光。射或散射的光。射或散射的光。光是一种波，光是一种波，光是一种波，光是一种波，同时也是一种粒同时也是一种粒同时也是一种粒同时也是一种粒子，也就是说既子，也就是说既子，也就是说既子，也就是说既可以把光看成光可以把光看成光可以把光看成光可以把光看成光波，也可以将光波，也可以将光波，也可以将光波，也可以将光看作是由光子组看作是由光子组看作是由光子组看作是由光子组成的粒子流成的粒子流成的粒子流成的粒子流光光光光具有波粒二

5、象性具有波粒二象性具有波粒二象性具有波粒二象性 光是一种电磁光是一种电磁光是一种电磁光是一种电磁现象，也就是现象，也就是现象，也就是现象，也就是说光是一种波说光是一种波说光是一种波说光是一种波长较短的电磁长较短的电磁长较短的电磁长较短的电磁波波波波8光电基础知识培训电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱（electromagnetic wave spectrum electromagnetic wave spectrum electromagnetic wave spectrum electromagnetic wave spectrum ） 实验证明实验证明光同无线电波、光同无线电波、X X射线、

6、射线、射线一样都是电磁波射线一样都是电磁波，仅是它们的频，仅是它们的频率不同而已，电磁波的波长率不同而已，电磁波的波长、频率、频率和传播速度和传播速度三者之间的关系为：三者之间的关系为： 因为各种频率的电磁波在真空中的传播速度因为各种频率的电磁波在真空中的传播速度相等，所以频率相等，所以频率不同不同的电磁波，它们的波长的电磁波，它们的波长也就不同。频率高的波长短，频率低的波长长。也就不同。频率高的波长短，频率低的波长长。-按电磁波的波长（或频率）大小的顺序把它们排列成谱按电磁波的波长（或频率）大小的顺序把它们排列成谱速度速度= =波长波长频率频率9光电基础知识培训 由由无线电波无线电波无线电波

7、无线电波、红外线红外线红外线红外线、可见光可见光可见光可见光、紫外线紫外线紫外线紫外线、伦琴射伦琴射伦琴射伦琴射线线线线（X X X X射线）射线）射线）射线）、射线射线射线射线合起来构成范围非常广阔的电合起来构成范围非常广阔的电磁波谱磁波谱 在电磁波中，能被眼睛看到的，在电磁波中，能被眼睛看到的，只是一个很窄的波段，通常叫只是一个很窄的波段，通常叫做可见光，在可见光做可见光，在可见光 范围内不同波长的光引起范围内不同波长的光引起不同的颜色感觉。不同的颜色感觉。（400-760nm）10光电基础知识培训不同的电磁波不同的电磁波不同的电磁波不同的电磁波 产生的机理不同产生的机理不同产生的机理不同

8、产生的机理不同： 无线电波无线电波红外线、可见光、紫外线红外线、可见光、紫外线X X射线射线射线射线是振荡电路中是振荡电路中是振荡电路中是振荡电路中自由电子自由电子自由电子自由电子的周期性的运动产生的的周期性的运动产生的的周期性的运动产生的的周期性的运动产生的是原子的是原子的是原子的是原子的外层电子外层电子外层电子外层电子受到激发后产生的受到激发后产生的受到激发后产生的受到激发后产生的是原子的是原子的是原子的是原子的内层电子内层电子内层电子内层电子受到激发后产生的受到激发后产生的受到激发后产生的受到激发后产生的是是是是原子核原子核原子核原子核受到激发后产生的受到激发后产生的受到激发后产生的受到

9、激发后产生的11光电基础知识培训无线电波无线电波波长范围波长范围特性特性应用应用波长大于波长大于1mm1mm传播过程中波动性明显传播过程中波动性明显无线电技术无线电技术12光电基础知识培训红外线红外线波长范围波长范围特性特性760760nmnm10106 6nmnm热效应热效应应用应用 加热物体、红外摄影、探加热物体、红外摄影、探测物体、红外遥感技术等测物体、红外遥感技术等红外侦察红外侦察13光电基础知识培训可见光可见光波长范围波长范围特性特性应用应用400400nmnm760760nmnm能作用于眼睛并引起视觉能作用于眼睛并引起视觉照明、摄影等照明、摄影等14光电基础知识培训红红红红橙橙橙橙

10、黄黄黄黄绿绿绿绿青青青青蓝蓝蓝蓝紫紫紫紫可见光光谱可见光光谱可见光光谱可见光光谱 可见光波长与颜色的可见光波长与颜色的对应关系如下对应关系如下 7600760063006300600060005700570050005000450045004300430040004000单位：埃单位：埃单位：埃单位：埃15光电基础知识培训紫外线紫外线波长范围波长范围5 5nm nm 400400nmnm特性特性 荧光效应、化学作用、杀菌消毒荧光效应、化学作用、杀菌消毒应用应用感光技术、医用消毒等感光技术、医用消毒等紫外线杀菌灯紫外线杀菌灯紫外光皮肤病治疗仪紫外光皮肤病治疗仪 16光电基础知识培训X X射线和射

11、线和射线射线波长范围波长范围X X射线：射线：1010-12-12m m 1010-9-9m m射线：小于射线：小于 1010-12 -12 m m特性特性穿透力很强穿透力很强应用应用检查金属部件，医学透视等检查金属部件，医学透视等医学透视医学透视CT 机机17光电基础知识培训太阳辐射太阳辐射举例：举例：l阳光含有：阳光含有：无线电波、红外无线电波、红外线、可见光、紫外线、线、可见光、紫外线、x x射射线、线、射线射线l太阳辐射的能量集中在太阳辐射的能量集中在可见可见光、红外线、紫外线光、红外线、紫外线三个区三个区域域l阳光中波长在阳光中波长在5.5x105.5x10-7-7m m的的黄黄绿光

12、绿光附近，辐射的能量最强，附近，辐射的能量最强，这区域恰好是人眼最敏感这区域恰好是人眼最敏感18光电基础知识培训 光是一种波长较短的电磁波：光是一种波长较短的电磁波：光是一种波长较短的电磁波：光是一种波长较短的电磁波：400nm400nm400nm400nm760nm760nm760nm760nm 任何波长的电磁波在真空中的传播速度都任何波长的电磁波在真空中的传播速度都是相同的：是相同的：C = 310C = 3108 8m/sm/s 光的颜色是光的颜色是光的颜色是光的颜色是由电磁波的频率决定由电磁波的频率决定由电磁波的频率决定由电磁波的频率决定的的的的 不同频率的色光在真空中波速相同，在介质

13、中波速不同同不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同同不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同同不同频率的色光在真空中波速相同，在介质中波速不同同一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都一色光在不同介质中，频率（颜色）不变，波长和波速都要改变在同一介质中，频率越高，波速越小要改变在同一介质中，频率越高，波速越小要改变在同一介质中，频率越高，波速越小要改变在同一介质中，频率越高，波速越小单位换算：单位换算：1m =101m =103 3mm=10mm=106 6m=10m

14、=109 9nm=10nm=1010 10 （埃）（埃）小小 结结 光具有光具有波粒二象性波粒二象性：光具有粒子性，这种粒子：光具有粒子性，这种粒子称做称做“光量子光量子”，简称，简称“光子光子”19光电基础知识培训几何光学几何光学20光电基础知识培训 几何光学几何光学 采用光的直线传播概念，研究光传播的基本规律和光采用光的直线传播概念，研究光传播的基本规律和光通过光学系统成像的原理和应用通过光学系统成像的原理和应用 按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性，那么如按照近代物理学的观点，光具有波粒二象性，那么如果只考虑光的粒子性，把光源发出的光抽象成一条条光果只考虑光的粒子性，把光源发出的光抽象

15、成一条条光线，然后按此来研究光学系统成像。线，然后按此来研究光学系统成像。 内容内容21光电基础知识培训1.1 1.1 几何光学基本定律几何光学基本定律几何光学基本定律几何光学基本定律（一）光的直线传播定律：（一）光的直线传播定律：光在均匀媒质里沿直线传播光在均匀媒质里沿直线传播在点光源的照射下，在不透明在点光源的照射下，在不透明在点光源的照射下，在不透明在点光源的照射下，在不透明的物体背后出现清晰的影子，影子的物体背后出现清晰的影子，影子的物体背后出现清晰的影子，影子的物体背后出现清晰的影子，影子的形状与光源为中心发出的直线所的形状与光源为中心发出的直线所的形状与光源为中心发出的直线所的形状

16、与光源为中心发出的直线所构成的几何投影形状一致构成的几何投影形状一致构成的几何投影形状一致构成的几何投影形状一致物体的影子物体的影子 光只有在均匀媒光只有在均匀媒质里沿直线传播，质里沿直线传播，在非均匀媒质中在非均匀媒质中光线将因折射而光线将因折射而弯曲弯曲22光电基础知识培训在一个暗箱的前壁上开一小孔，在一个暗箱的前壁上开一小孔，由物体上各点发出的光线将沿直线由物体上各点发出的光线将沿直线通过小孔，在暗箱的后壁上形成一通过小孔，在暗箱的后壁上形成一倒立的像倒立的像小孔成像小孔成像注意：光线只在均匀媒质中沿直线传播，注意：光线只在均匀媒质中沿直线传播，在非均匀媒质中光线将因折射而弯曲在非均匀媒

17、质中光线将因折射而弯曲日食形成过程日食形成过程23光电基础知识培训（二）光的独立传播定律（二）光的独立传播定律不同的光源发出的光线在空间某点相遇不同的光源发出的光线在空间某点相遇时，时，彼此互不影响彼此互不影响彼此互不影响彼此互不影响。在光线的相会点上，。在光线的相会点上，光的强度是各光束的简单叠加，离开交会光的强度是各光束的简单叠加，离开交会点后，各个光束点后，各个光束按原方向传播按原方向传播按原方向传播按原方向传播。局限性：没有考虑光的波动性质局限性：没有考虑光的波动性质24光电基础知识培训（三）光的反射和折射定律（三）光的反射和折射定律斯涅耳折射定律斯涅耳折射定律n1 sin = n2

18、sin 这可是重点这可是重点啊！啊！光的反射、折射定律：光的反射、折射定律：反射线与折射线都在入射面内反射线与折射线都在入射面内反射角等于入射角，反射角等于入射角， = 折射角与入射角正弦之比与入射角无折射角与入射角正弦之比与入射角无关，是一个与媒质和光的波长有关的关，是一个与媒质和光的波长有关的常数常数 25光电基础知识培训n1n2入射线入射线反射线反射线折射线折射线 - 入射角入射角 - 反射角反射角 - 折射角折射角物质的折射率物质的折射率n=c/v -描述介质中光速减慢程度的物理量描述介质中光速减慢程度的物理量注意：几何光学三定律注意：几何光学三定律是近似的，它只有在空是近似的，它只有

19、在空间障碍物以及反射和折间障碍物以及反射和折射界面的尺寸远大于光射界面的尺寸远大于光的波长时成立的波长时成立利用三定律来设计利用三定律来设计光学仪器光学仪器法线法线真空折射率为真空折射率为1 1，在标准压力下，在标准压力下，2020摄氏度时空气折射率为摄氏度时空气折射率为1.000281.0002826光电基础知识培训（四）全反射现象（四）全反射现象A.A.全反射现象的定义：全反射现象的定义：光线入射到两种介质的分界面时，通常都会发生折射和反射，但在一定条件下，入射到介质上的光会全部反射回原来的介质中，而没有折射光产生，这种现象称为光的全光的全反射现象反射现象B. B.发生全反射的条件可归结为

20、：发生全反射的条件可归结为： 、光线从光密介质射向光疏介质 、入射角大于临界角重点重点27光电基础知识培训C.C.全反射现象的产生过程：全反射现象的产生过程：a a、一般情况下、一般情况下斯涅耳折射定律斯涅耳折射定律n1 sin = n2 sin b b、n1n1n2n2c c、n1n1n2n2应用到的应用到的公式公式入射光在两种均入射光在两种均匀介质的分界面匀介质的分界面产生折射和反射产生折射和反射入射角入射角折射角折射角入射角入射角折射角折射角28光电基础知识培训=90n1sin = n2sin全反射条件：全反射条件：n1n2 sinsin 当当=90时，此时的时，此时的称为临界角称为临界

21、角当入射角当入射角大于临界角时发生全反射现象大于临界角时发生全反射现象n1n2就这么就这么简单！简单！29光电基础知识培训D. 两个全反射原理应用的例子：两个全反射原理应用的例子：、全反射棱镜i i、改变光线传播方向、改变光线传播方向iiii、在光学仪器中，代替平、在光学仪器中，代替平面反射镜，减少反射时的面反射镜，减少反射时的光能损失光能损失等腰直角三角棱镜等腰直角三角棱镜 、光学纤维、光学纤维光纤线传输光信号光纤线传输光信号光线光线纤芯和包层纤芯和包层涂覆层涂覆层30光电基础知识培训1.2 1.2 1.2 1.2 反射棱镜、折射棱镜、透镜反射棱镜、折射棱镜、透镜反射棱镜、折射棱镜、透镜反射

22、棱镜、折射棱镜、透镜反射棱镜反射棱镜简单棱镜简单棱镜屋脊棱镜屋脊棱镜复合棱镜复合棱镜角锥棱镜角锥棱镜A A：反射棱镜反射棱镜反射棱镜反射棱镜 -将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件将一个或多个反射面磨制在同一块玻璃上的光学元件31光电基础知识培训B B：折射棱镜折射棱镜折射棱镜折射棱镜 -是通过两个折射面对光线的折射进行工作的，两折射面的交线称为折射棱是通过两个折射面对光线的折射进行工作的，两折射面的交线称为折射棱是通过两个折射面对光线的折射进行工作的，两折射面的交线称为折射棱是通过两个折射面

23、对光线的折射进行工作的，两折射面的交线称为折射棱应用：棱镜光谱仪，研究光谱应用：棱镜光谱仪，研究光谱棱镜的色散棱镜的色散利用棱镜对不同波长的光有不同的折射率这一性质利用棱镜对不同波长的光有不同的折射率这一性质32光电基础知识培训C C：透镜透镜 -由两个折射面包围一种透明介质（如玻璃）所形成的光学零件由两个折射面包围一种透明介质（如玻璃）所形成的光学零件33光电基础知识培训光路图光路图光路图光路图34光电基础知识培训实物图片实物图片35光电基础知识培训光的三原色光的三原色由右由右图图可知，可知，颜颜料料三原色三原色加在一起可加在一起可变变成黑色成黑色。顏料三原色混合：顏料三原色混合：洋洋红红+

24、 +青青= =蓝蓝 青青+ +黃黃= =绿绿红红+ +洋洋红红= =红红洋洋红红+ +青青+ +蓝蓝= =黑黑 红红、绿绿、蓝蓝能够匹配所有颜色的三种颜色称为三原色能够匹配所有颜色的三种颜色称为三原色36光电基础知识培训波动光学波动光学37光电基础知识培训 波动光学波动光学 以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律 以波动理论研究以波动理论研究光的传播光的传播及光与物质相互作用的光学及光与物质相互作用的光学分支分支 内容内容38光电基础知识培训39光电基础知识培训40光电基础知识培训 电磁波电磁波电磁波电磁波：随时间变：随时间变化的电场在周围空间产化的电

25、场在周围空间产生一个涡旋的磁场，随生一个涡旋的磁场，随时间变化的磁场在周围时间变化的磁场在周围空间产生一个涡旋的电空间产生一个涡旋的电场，它们互相激发，交场，它们互相激发，交替产生，在空间形成统替产生，在空间形成统一的场一的场电磁场，交电磁场，交变电磁场在空间以一定变电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播，的速度由近及远的传播，就形成了电磁波就形成了电磁波 电磁波最主要的电磁波最主要的性质之一就是能够传性质之一就是能够传输能量，电磁波的传输能量，电磁波的传播过程伴随着能量在播过程伴随着能量在空间的传递空间的传递光波既光波既然是电磁波，它的传然是电磁波，它的传播过程就是能量传递播过程就是能量传递

26、的过程，而光源发光的过程，而光源发光实际上是物体不断向实际上是物体不断向外辐射电磁波的过程外辐射电磁波的过程41光电基础知识培训u电磁波在真空中的传播速度为 3103108 8m/sm/su振动振动振动振动：物体在一定的位置附近来回重复的运动波动是振动的传播过程，振动是产生波动的根源 波动最基本的形式有两种：横波和纵波横波和纵波横波和纵波横波和纵波水面波是横波，声波是纵波，电磁波也是一种横波水面波是横波，声波是纵波，电磁波也是一种横波42光电基础知识培训横波横波横波横波：振动方向和传播方向垂直的波举例举例：将一根绳子一端固定，呈水平状，手握绳子另一端做上下振动，凹凸传播图：绳子形成的横波图：绳

27、子形成的横波纵波纵波纵波纵波：振动方向和传播方向相同的波举例举例：用手迅速而有节奏的推压弹簧的另一端，可以看到弹簧上有的部分疏，有的部分密，疏密相间，沿着弹簧向前传播图：弹簧形成的纵波图：弹簧形成的纵波机械振动的传播过程机械振动的传播过程形成机械波，电磁振动形成机械波，电磁振动（电磁振荡）的传播过（电磁振荡）的传播过程形成电磁波程形成电磁波横波和纵波演示横波和纵波演示43光电基础知识培训光的电磁理论光的电磁理论A: 光是某一波段的电磁波光是某一波段的电磁波,在真空中电磁波的传播速度是在真空中电磁波的传播速度是= 2.99794108 m/s 3108 m/s EH44光电基础知识培训 C C:

28、 :可见光的波长范围和频率范围。（真空中）可见光的波长范围和频率范围。（真空中）B:折射率折射率连接光学和电磁学的桥梁。连接光学和电磁学的桥梁。 390760nm 7.510144.11014Hz红外紫外D D: :光波是横波（振向和传向垂直）光波是横波（振向和传向垂直）实验证明：对人眼视觉和感光仪器起作用的主要是光的振动部分，实验证明：对人眼视觉和感光仪器起作用的主要是光的振动部分，所以，一般用电振动矢量来代表光的振动。所以，一般用电振动矢量来代表光的振动。光在不同介质中，光速不同，但频率不光在不同介质中，光速不同，但频率不 变，所以波长变，变，所以波长变，波长一般指真空中的波长。波长一般指

29、真空中的波长。45光电基础知识培训光波的干涉光波的干涉光波的干涉光波的干涉u干涉：干涉：在两个（或多个）光波叠加的区域，某些点的振动始终加强，另一些点的振动始终减弱，形成在该区域内稳定的光强强弱分布的现象称为光的干涉现象光的干涉现象 干涉现象：干涉现象：干涉现象：干涉现象：对于光波来说，干涉现象往往表现成亮暗相间的条纹，干涉现象的显著程度可用干涉条纹的反衬度反衬度来描述： = = （I IM M- -I Im m)/ ()/ (I IM M- -I Im m) )0101其中其中I IM M和和I Im m分别是干涉场中光分别是干涉场中光强的极大和极下值强的极大和极下值两束波形成干的两束波形成

30、干的条件：条件：频率相同频率相同振动方向相同振动方向相同相位差恒定相位差恒定重点重点46光电基础知识培训杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 (1801年年)So缝屏缝屏缝屏缝屏接收屏接收屏暗条纹暗条纹以中央明纹为对称的以中央明纹为对称的明暗相间的干涉条纹明暗相间的干涉条纹S1S2. . . .47光电基础知识培训D相邻两条明（暗）纹的间距：相邻两条明（暗）纹的间距：48光电基础知识培训迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪光路图光路图光路图光路图法布里法布里法布里法布里- - - -泊罗干涉仪泊罗干涉仪泊罗干涉仪泊罗干涉仪的结构和光路的结构和光路的结构和光路的结构和光路两种常用的干涉仪

31、介绍两种常用的干涉仪介绍49光电基础知识培训干涉的应用干涉的应用等厚条纹等厚条纹待测工件待测工件平晶平晶 测表面不平度测表面不平度1:测波长：测波长：已知已知、n，测测L可得可得2:测折射率：测折射率：已知已知、，测测L可得可得n3:测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化牛顿环牛顿环1：测透镜球面的半径：测透镜球面的半径R2：测波长：测波长 3：检验透镜球表面质量：检验透镜球表面质量50光电基础知识培训光波的衍射光波的衍射光波的衍射光波的衍射衍射现象衍射现象：当波遇到障碍物时，它将偏离直线传播，这种现象叫做波的衍射51光电基础知识培训 一切波都能发生衍射，通过衍射把能量传到阴影区

32、域，能够发生明显衍射的条件是障碍物或孔的尺寸跟波长差不多障碍物或孔的尺寸跟波长差不多 取一个不透光的屏，取一个不透光的屏，在它的中间装上一个在它的中间装上一个宽度可以调节的狭缝，宽度可以调节的狭缝，用平行的单色光照射，用平行的单色光照射，在缝后适当距离处放在缝后适当距离处放一个像屏一个像屏 激激激激光光光光束束束束像像像像屏屏屏屏调节狭调节狭调节狭调节狭缝宽窄缝宽窄缝宽窄缝宽窄光光光光的的的的衍衍衍衍射射射射52光电基础知识培训光光光光的的的的衍衍衍衍射射射射衍射装置实物图衍射装置实物图53光电基础知识培训1 1 1 1、中央亮纹宽而亮、中央亮纹宽而亮、中央亮纹宽而亮、中央亮纹宽而亮2 2 2

33、 2、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗、两侧条纹具有对称性，亮纹较窄、较暗单缝衍射条纹的特征单缝衍射条纹的特征单缝衍射条纹的特征单缝衍射条纹的特征光光光光的的的的衍衍衍衍射射射射54光电基础知识培训ABS 1、 孔较大时孔较大时屏上出现清晰的光斑屏上出现清晰的光斑 2、 孔较小时孔较小时屏上出现屏上出现衍射花样衍射花样光光光光的的的的衍衍衍衍射射射射55光电基础知识培训光的横波性与五种偏振态光的横波性与五种偏振态光的横波性与五种偏振态光的横波性与五种偏振态光的干涉和衍射现象表明光是一种波动光的干涉和衍射现象表明光是一种波

34、动光的偏振表明光的横波性光的偏振表明光的横波性FF光波是电磁波，电磁波中起光作用光波是电磁波，电磁波中起光作用 的是电场矢量的是电场矢量(光矢量光矢量)FF偏振态：偏振态：光矢量的振动状态光矢量的振动状态FF五种偏振态：五种偏振态：自然光，线偏振光自然光，线偏振光, 部分偏振部分偏振光光, 椭圆偏振光椭圆偏振光, 圆偏振光圆偏振光56光电基础知识培训1 1、自然光、自然光FF在垂直于光传播方向的平面内，沿各个在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向都有光振动，且各个方向光矢量的振方向都有光振动，且各个方向光矢量的振幅相等的光幅相等的光57光电基础知识培训2 2、线偏振光、线偏振光光光矢矢量量只只

35、沿沿一一个个固固定定方方向向振振动动的的光光( (又又称称平面偏振光平面偏振光) )振动面振动面光矢量光矢量58光电基础知识培训3 3、部分偏振光、部分偏振光在垂直于光传播方向的平面内，各方向在垂直于光传播方向的平面内，各方向都有光振动，但振幅不等的光都有光振动，但振幅不等的光59光电基础知识培训4 4、圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光在在垂垂直直于于光光的的传传播播方方向向的的平平面面内内，光光矢矢量量以以一一定定的的频频率率旋旋转转。矢矢量量端端点点轨轨迹迹为为椭椭圆圆时时称称其其为为椭圆偏振光椭圆偏振光，轨迹为圆时称其为，轨迹为圆时称其为圆偏振光圆偏振光60光电基础知识培训偏振片

36、：偏振片：吸收某方向光振动，而与其垂直方向吸收某方向光振动，而与其垂直方向的光振动能通过的装置的光振动能通过的装置偏振化方向：偏振化方向：能通过光振动的方向能通过光振动的方向偏振片偏振片偏振化偏振化方向方向61光电基础知识培训62光电基础知识培训n取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软绳上形成一列横波. .现在，让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧（图甲）如果狭缝与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡住而不能向前传播（图乙）n如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹

37、簧形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧（如下图） 设计实验，证明光是一种横波设计实验，证明光是一种横波63光电基础知识培训偏振片发光体发光体以以光波光波代替代替机械波机械波以以偏振片偏振片代替代替木板狭缝木板狭缝64光电基础知识培训 当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不变 当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱 当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零.所以说：光波是一种横波所以说：光波是一种横波65光电基础知识培训反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振

38、反射和折射时光的偏振自然光在两各向同性媒介分界面上反射和折射时，自然光在两各向同性媒介分界面上反射和折射时，自然光在两各向同性媒介分界面上反射和折射时，自然光在两各向同性媒介分界面上反射和折射时，反、折射光均成为反、折射光均成为反、折射光均成为反、折射光均成为部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光特点：特点：特点：特点：反射光垂直入射面的振动较强，折射光反之反射光垂直入射面的振动较强，折射光反之反射光垂直入射面的振动较强，折射光反之反射光垂直入射面的振动较强，折射光反之66光电基础知识培训产生偏振光的方法之一产生偏振光的方法之一 -布儒斯特角布儒斯特角FF18121812年年年年布儒斯特发现

39、，当入射布儒斯特发现，当入射布儒斯特发现，当入射布儒斯特发现，当入射角为某特定值时，反射光为振角为某特定值时，反射光为振角为某特定值时，反射光为振角为某特定值时，反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振动方向垂直于入射面的线偏振动方向垂直于入射面的线偏振动方向垂直于入射面的线偏振光，而光，而光，而光，而折射光仍然是部分偏振折射光仍然是部分偏振折射光仍然是部分偏振折射光仍然是部分偏振光光光光，但此时偏振化程度最高，但此时偏振化程度最高，但此时偏振化程度最高，但此时偏振化程度最高此时有此时有此时有此时有布儒斯特角布儒斯特角此时的此时的此时的此时的i i i i0 0为为为为 - 布儒斯特角布儒斯特角布

40、儒斯特角布儒斯特角67光电基础知识培训 偏振现象的实际应用偏振现象的实际应用 制成偏光眼镜，可观看立体电影制成偏光眼镜，可观看立体电影 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面 45 角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车会车时灯光的晃眼汽车会车时灯光的晃眼68光电基础知识培训 在拍摄玻璃窗内的物体时，去掉反射光在拍摄玻璃窗内的物体时，去掉反射光 的干扰的干扰未装偏振片未装偏振片装偏振片装偏振片69光电基础知识培训光纤通讯基础光纤通讯基础70光电基础知识培训n光纤通讯：光纤通讯： 光纤通信是以光波为载波，以光光纤

41、通信是以光波为载波，以光光纤通信是以光波为载波，以光光纤通信是以光波为载波，以光纤（光导纤维）为传输媒体，将信号从纤（光导纤维）为传输媒体，将信号从纤（光导纤维）为传输媒体，将信号从纤（光导纤维）为传输媒体，将信号从某一点传送到另一点的通信方式。某一点传送到另一点的通信方式。某一点传送到另一点的通信方式。某一点传送到另一点的通信方式。n光纤通讯的基本物质要素光纤通讯的基本物质要素 光纤、光源、光检测器光纤、光源、光检测器光纤、光源、光检测器光纤、光源、光检测器71光电基础知识培训光通讯发展简史光通讯发展简史 20002000多年前多年前 烽火台烽火台灯光、旗语、手势灯光、旗语、手势 1880年

42、光电话光电话无线光通信无线光通信 1970年 光纤通信光纤通信72光电基础知识培训 实现光实现光通讯的关通讯的关键点是什键点是什么？么？第一、第一、可靠的光源，可靠的光源，相干性好相干性好第二、第二、合适的传播介质，合适的传播介质，损耗低，可靠性高损耗低，可靠性高73光电基础知识培训n1960 Maiman1960 Maiman：红宝石：红宝石激光器激光器n1962 GaAs1962 GaAs二极管激光器：脉冲方式，二极管激光器：脉冲方式，77K.77K.n1966 1966 高锟、高锟、HockhamHockham及及WertsWerts：石石英英光光纤纤的的损损耗耗可可以以减减小小到到适适

43、合合作作为为传传输输介质介质n19701970两大重要突破两大重要突破康康宁宁公公司司：单单模模光光纤纤，损损耗耗 20dB/km20dB/km，传传输介质的阈值输介质的阈值贝尔实验室：贝尔实验室：室温连续室温连续AlGaAsAlGaAs半导体激光半导体激光器器n波长波长850nm850nmn寿命几分钟数小时寿命几分钟数小时n结构：结构： GaAsGaAs材料上外延生长双异质结材料上外延生长双异质结AlGaAs AlGaAs 历史74光电基础知识培训n第一代：第一代：0.85um0.85um多模光纤多模光纤系统系统n第二代：第二代：1.3um1.3um多模光纤多模光纤系统系统n第三代：第三代：

44、1.3um1.3um单模光纤单模光纤系统系统n第四代：第四代：1.55um1.55um单模光纤单模光纤系统系统n三个过渡：三个过渡：短波长短波长 长波长长波长多模光纤多模光纤 单模光纤单模光纤AlGaAs/GaAsInGaAsP/InPAlGaAs/GaAsInGaAsP/InPn三项新技术三项新技术: :波分复用波分复用(WDM)(WDM)相干通信相干通信光电子集成光电子集成(OEIC)(OEIC)历史75光电基础知识培训电话、摄象机、计算机、电视编码、调制、发射机信息源传输介质信息终端接收机、解调、解码光纤、双绞线、自由空间发送单元接收单元光通信系统介绍光通信系统介绍76光电基础知识培训n

45、通信容量大n中继距离长n不受电磁干扰n资源丰富n光纤重量轻、体积小光纤通讯的优点光纤通讯的优点77光电基础知识培训n光是一种电磁波光是一种电磁波n可见光可见光400nm400nm760nm760nmn光纤通信所用的波长光纤通信所用的波长 近红外波段近红外波段 8008001600nm1600nm（0.8m-1.6m)0.8m-1.6m)n光的反射、折射光的反射、折射n全反射全反射1cm 1mm 100um 10um 1um 100nm 10nm 1nm 波長波長10G 100G 1T 10T 100T 1015 1016 1017 f (Hz)1.6um 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1

46、 1.0um 900 800 700 600nm光通信使用范围光通信使用范围红外线红外线紫外线紫外线78光电基础知识培训纤芯纤芯包层包层涂覆层涂覆层 纤芯纤芯Core:Core:折射率较高，用来传送光折射率较高，用来传送光 包层包层Cladding:Cladding:折射率较低，与纤芯一起形成全反折射率较低，与纤芯一起形成全反 射条件；射条件； 涂覆层涂覆层Jacket:Jacket:强度大，能承受较大冲击，保护光强度大，能承受较大冲击，保护光纤，增强光纤的柔韧性。纤，增强光纤的柔韧性。光纤的结构光纤的结构单模光纤单模光纤79光电基础知识培训3MM3MM光缆光缆3mm OUTER JACKET

47、125 MICRON CLADDING (SILICA)50/62.5 MICRON CORE (SILICA)MULTIMODESINGLEMODEARAMID STRENGTHMEMBERS (Kevlar)900 MICRONBUFFER JACKET250 MICRON COATING 9 MICRON CORE (SILICA)80光电基础知识培训ITU-TITU-T将单模光纤传输系统的低衰减工作波段将单模光纤传输系统的低衰减工作波段126012601675nm1675nm细分的细分的6 6个波段个波段波段名称波段名称含义含义波长波长/nm放大技术放大技术O波段原始波段1260136

48、0掺镨光纤、半导体、拉曼E波段扩展波段13601460拉曼S波段短波段14601530掺铥光纤C波段常用波段15301565掺铒光纤、半导体、拉曼L波段长波段15651625掺饵光纤U波段超长波段1625167581光电基础知识培训 短工作波长：短工作波长：850nm850nm 长工作波长：长工作波长：1310nm1310nm、1550nm1550nm光纤的分类光纤的分类-按工作波长按工作波长光纤的分类光纤的分类-按材料分类按材料分类石英系光纤：石英系光纤：高纯度的高纯度的SiO2SiO2掺适量杂质，光纤掺适量杂质，光纤 损损耗最低、强度和可靠性最高，应用最广泛耗最低、强度和可靠性最高，应用最

49、广泛塑料包层光纤：塑料包层光纤：纤芯是石英，包层是硅树脂纤芯是石英，包层是硅树脂全塑光纤：全塑光纤：纤芯和包层均由塑料制成，其损耗较纤芯和包层均由塑料制成，其损耗较大，可靠性也不高大，可靠性也不高82光电基础知识培训n单模（单模（Single-ModeSingle-Mode）：）：长距离、大容量光纤通讯系统n多模（多模（Multi-ModeMulti-Mode）：）：中距离、中容量的光纤通讯系统CoreCladdingCoating光纤的分类光纤的分类-按模式分类按模式分类83光电基础知识培训n阶跃折射率分布光纤阶跃折射率分布光纤 （阶跃光纤（阶跃光纤Step-Index Step-Index

50、 FiberFiber，SIFSIF ）n渐变折射率分布光纤渐变折射率分布光纤 （渐变光纤（渐变光纤Graded-Graded-Index FiberIndex Fiber，GIFGIF ）光纤的分类光纤的分类-按折射率分类按折射率分类84光电基础知识培训光纤的折射率分布光纤的折射率分布85光电基础知识培训n按按照照ITU-TITU-T关关于于光光纤纤类类型型的的建建议议，可可以以将将光光纤纤分分为为G.651G.651光光纤纤( (渐渐变变型型多多模模光光纤纤) )、G.652G.652光光纤纤( (常常规规单单模模光光纤纤) )、G.653G.653光光纤纤( (色色散散位位移移光光纤纤)

51、 )、G.654G.654光光纤纤( (截截止止波波长长光光纤纤) )和和G.655G.655( (非非零零色色散位移光纤散位移光纤) )光纤光纤。n按按套套塑塑( (二二次次涂涂覆覆层层) )可可以以将将光光纤纤分分为为松松套套光纤光纤和和紧套光纤紧套光纤。n现现在在实实用用的的石石英英光光纤纤通通常常有有以以下下三三种种：阶阶跃跃型型多多模模光光纤纤、渐渐变变型型多多模模光光纤纤和和阶阶跃跃型型单单模模光纤。光纤。光纤的分类光纤的分类-按按ITU-TITU-T分类分类86光电基础知识培训光电子器件类型（通信）光电子器件类型（通信）光电子器件类型（通信）光电子器件类型（通信）有源有源有源有源

52、激光器激光器光放大器光放大器探测器探测器光调制器光调制器波长转换器波长转换器光隔离器光隔离器光耦合器光耦合器光滤波器光滤波器光开关光开关光衰减器光衰减器色散补偿器色散补偿器偏振控制器偏振控制器偏振模补偿器偏振模补偿器无源无源无源无源87光电基础知识培训光纤和光缆光纤和光缆-实物实物88光电基础知识培训n n光源：发光二极管（光源：发光二极管（LEDLED） 激光二极管（激光二极管（LDLD）n n光电检测器：光电检测器： PINPIN光电管、光电管、PIN-FETPIN-FET组件组件 雪崩光电二极管（雪崩光电二极管（APDAPD）n n光纤放大器（光纤放大器（EDFAEDFA）n n调制器调

53、制器有源光器件有源光器件89光电基础知识培训 激光的亮度很高，把激光聚起来，可以产生激光的亮度很高，把激光聚起来，可以产生几千万度的高温，它可以溶解最难融化的金属；几千万度的高温，它可以溶解最难融化的金属； 一根普通的电话线，只能同三路电话；一条一根普通的电话线，只能同三路电话；一条微波线路，可通十万路电话；而一条激光通讯线微波线路，可通十万路电话；而一条激光通讯线路，可以同一亿路电话；路，可以同一亿路电话； 激光在传输过程中始终像一条笔直的线，一激光在传输过程中始终像一条笔直的线，一束激光射出束激光射出2020公里远，光斑只有茶杯口那么大。公里远，光斑只有茶杯口那么大。激光简述激光简述90光

54、电基础知识培训历史回顾历史回顾1917年，爱因斯坦就预言了受激辐射的存在年，爱因斯坦就预言了受激辐射的存在1957年，我国第一所光学专业研究所长春光机所建立年，我国第一所光学专业研究所长春光机所建立1958年，美国物理学家肖洛、汤斯发表激光原理论文年，美国物理学家肖洛、汤斯发表激光原理论文1960年，迈曼制成了世界上第一台红宝石激光器，标志着年，迈曼制成了世界上第一台红宝石激光器，标志着激光技激光技 术的诞生术的诞生1963年，我国第一台半导体激光器研制成功年，我国第一台半导体激光器研制成功1964年，我国第一所激光技术的专业研究所上海光机所成年，我国第一所激光技术的专业研究所上海光机所成立立

55、1966年，我国第一台年，我国第一台YAG激光器研制成功激光器研制成功91光电基础知识培训水分子模型:H2O一个水分子是由一个氧原子和两个氢原子构成的分子是由原子构成的分子是由原子构成的激光的产生过程激光的产生过程-预备知识预备知识FF19111911年卢瑟福提出原子核模年卢瑟福提出原子核模年卢瑟福提出原子核模年卢瑟福提出原子核模型原子是由带正电的原子核型原子是由带正电的原子核型原子是由带正电的原子核型原子是由带正电的原子核和核外作轨道运动的电子组和核外作轨道运动的电子组和核外作轨道运动的电子组和核外作轨道运动的电子组成成成成原子是化学变化中的最小粒子原子是化学变化中的最小粒子92光电基础知识

56、培训激光的基本原理激光的基本原理n物质是由一些同类微粒组成，（即原子，分子，离子）物质是由一些同类微粒组成，（即原子，分子，离子）n原子可以处于不同的运动状态，具有不同的内部能量。原子可以处于不同的运动状态，具有不同的内部能量。 这些能量在数值上是断续的。这些能量在数值上是断续的。 通常把原子所可能具有的能量，按其高低画出，这就是所谓的能级图。通常把原子所可能具有的能量，按其高低画出，这就是所谓的能级图。n基态：原子处于内部能量最低的状态，称次原子处于基态：原子处于内部能量最低的状态，称次原子处于基态基态。n激发态：其它比基态能量高的状态，都叫做激发态：其它比基态能量高的状态，都叫做激发态激发

57、态pp建立模型建立模型建立模型建立模型粒子二能级分布图粒子二能级分布图E1E1E2E2能量少，低能级能量少，低能级能量多，高能级能量多，高能级93光电基础知识培训光与物质作用的三种情况光与物质作用的三种情况I.I.自发辐射自发辐射E2E2E1E1辐射出的光子能量辐射出的光子能量hh2121满足玻尔条件：满足玻尔条件：E2-E1= hE2-E1= h2121在没有外界在没有外界作用情况下，作用情况下，原子从高能态原子从高能态向低能态跃迁，向低能态跃迁，释放的能量以释放的能量以光辐射的形式光辐射的形式放出放出94光电基础知识培训II.II.受激吸收受激吸收E2E2E1E1当原子系统受到当原子系统受

58、到外来的能量为外来的能量为h21的光子照射的光子照射时，如果时，如果h21=E2-E1，则处于低能态则处于低能态E1上的原子受到激上的原子受到激发，跃迁到高能发，跃迁到高能态态E2上去，同时上去，同时吸收一个能量为吸收一个能量为h21的光子的光子95光电基础知识培训III.III.受激辐射受激辐射受激辐射过程产生的光简称受激辐射过程产生的光简称激光激光 当原子受到外来能当原子受到外来能量为量为h21h21的光子照射的光子照射时，若时，若h21=E2-E1h21=E2-E1，则处于高能态则处于高能态E2E2上的上的原子也会受到外来的原子也会受到外来的能量为能量为h21h21的光子的的光子的诱发，

59、而从高能态诱发，而从高能态E2E2跃迁到低能态跃迁到低能态E1E1上去，上去，这时原子将发射一个这时原子将发射一个和外来光子能量相同和外来光子能量相同的光子的光子96光电基础知识培训 外来光子量越多，受激发的粒子数外来光子量越多，受激发的粒子数越多，产生的光子越大，能量越高越多，产生的光子越大，能量越高 受激辐射是与受激辐射是与受激吸收相反的受激吸收相反的过程，放出的光过程，放出的光子与外来光子频子与外来光子频率、传播方向、率、传播方向、相位及偏振等完相位及偏振等完全一样，光辐射全一样，光辐射能量增大一倍能量增大一倍97光电基础知识培训光放大过程：光的受激辐射光的受激吸收光放大过程：光的受激辐

60、射光的受激吸收光的受激放大光的受激放大光的受激放大光的受激放大 实现原子系统的粒子数反转分布实现原子系统的粒子数反转分布是使光是使光的受激辐射从次要位置转化为主导地位的的受激辐射从次要位置转化为主导地位的必要条件，它也是形成激光的必要条件必要条件，它也是形成激光的必要条件E1E1E2E2 若一物质，处于高能级上的原子数密度大于处于低能级上的原子数密度，则该物质处于“粒子数反转分布”状态，这时的介质称为激活介质或增益介质98光电基础知识培训形成激光的两个条件：形成激光的两个条件：必须利用激励能源，使工作物质内部的必须利用激励能源，使工作物质内部的一中粒子在某些能级间实现粒子数反转一中粒子在某些能

61、级间实现粒子数反转分布分布满足阈值条件满足阈值条件G（） G（）：）：单位长度的增益单位长度的增益 ：单位长度上的损耗单位长度上的损耗99光电基础知识培训工作物质工作物质激励源（泵浦系统）激励源（泵浦系统）光学谐振腔光学谐振腔激光器的三部分组成激光器的三部分组成100光电基础知识培训u根据工作物质：根据工作物质：l 固体激光器：固体激光器：红宝石激光器、钕玻璃激光器、红宝石激光器、钕玻璃激光器、YAGYAG激光器激光器l 气体激光器：气体激光器：氦氦- -氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器l 半导体激光器：半导体激光器：砷化镓半导体激光器砷化镓半导体激

62、光器l 染料激光器：染料激光器：若丹明若丹明6G6G染料激光器染料激光器u根据激励方式：根据激励方式：l 光激励激光器、电激励、热激励等光激励激光器、电激励、热激励等u根据运转方式：根据运转方式：l 连续运转激光器和脉冲运转激光器连续运转激光器和脉冲运转激光器激光器的分类激光器的分类101光电基础知识培训常用的固体工作物质常用的固体工作物质u红宝石：红宝石：CrCr3+3+:AI:AI2 2O O3 3 激活离子为三价铬离子，基质是刚玉晶体激活离子为三价铬离子，基质是刚玉晶体uNdNd3+3+:YAG:YAG掺钕钇石榴石掺钕钇石榴石 激活离子为三价铬离子，基质是激活离子为三价铬离子，基质是YA

63、GYAG晶体晶体u钕玻璃：钕玻璃： 光学玻璃中掺入适量的光学玻璃中掺入适量的NdNd2 2O O3 3102光电基础知识培训LDLD泵浦固体激光器泵浦固体激光器LDLDLDLD直接端面泵浦直接端面泵浦直接端面泵浦直接端面泵浦103光电基础知识培训示意图示意图高相干性的激光束产生高相干性的激光束产生104光电基础知识培训激光的特性激光的特性激光的应用激光的应用单色性好单色性好方向性好方向性好相干性好相干性好能量集中能量集中激光切割激光切割激光焊接激光焊接激光打孔激光打孔激光医疗激光医疗光信息处理和激光通讯光信息处理和激光通讯激光在受控核聚变中的应用激光在受控核聚变中的应用105光电基础知识培训激

64、光切割激光切割激光的实际应用激光的实际应用激光打孔激光打孔激光武器激光武器激光医疗激光医疗激光焊接激光焊接激光通信激光通信106光电基础知识培训光放大器光放大器-EDFA-EDFA107光电基础知识培训光无源器件光无源器件108光电基础知识培训光纤头：光纤头：Pigtail水平型水平型 Pigtail垂直型垂直型 Pigtail109光电基础知识培训保偏光纤线：保偏光纤线：Polarization-maintaining optical fiber 110光电基础知识培训光纤准直器光纤准直器n准直器的基本结构是有由一个光纤头加一个耦合透镜组成n基本的参数要求：插损、回损、工作距离等111光电基

65、础知识培训光纤准直器光纤准直器112光电基础知识培训连接器连接器 connectorconnector113光电基础知识培训各种跳线散件各种跳线散件114光电基础知识培训光纤跳线光纤跳线FC-FCFC-FC多模光纤跳线多模光纤跳线LC-LCLC-LC多模光纤跳线多模光纤跳线SC-SCSC-SC多模光纤跳线多模光纤跳线ST-STST-ST单模光纤跳线单模光纤跳线LC-LCLC-LC单模光纤跳线单模光纤跳线SC-SCSC-SC单模光纤跳线单模光纤跳线光纤连接器光纤连接器( (又称跳线又称跳线) )：是指光线两端都装上连接器插头，用来实现光路活动连接；是指光线两端都装上连接器插头，用来实现光路活动连

66、接； 单模光纤连接器：单模光纤连接器：连接头连接类型有连接头连接类型有FCFC、SCSC、STST，端面接触方式有，端面接触方式有PCPC、UPCUPC、APCAPC型型 ；115光电基础知识培训常用连接器类型FC TypeSC TypeSC2 TypeFDD Type116光电基础知识培训连接头端面类型连接头端面类型Ferrule + Flange Insertion Loss(插入损耗插入损耗) 40dB SPC45dB UPC50dB APC60dB117光电基础知识培训隔离器隔离器偏振相关型偏振相关型偏振相关型偏振相关型的典型结构是两个偏振器加一个旋转片118光电基础知识培训隔离器隔离

67、器119光电基础知识培训无源光耦合器件（无源光耦合器件（Coupler)Coupler)：能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合，并进行再分配的器件分类：-从功能上看：从功能上看：光功率分配器（Splitter)光波长分配（合/分波）耦合器（WDMCoupler)-从端口形式上：从端口形式上：X型（22）耦合器、Y型（12）耦合器、星型（NN，N2）耦合器、树型（1N，N2）耦合器-从工作带宽的角度：从工作带宽的角度：单工作窗口窄带耦合器（StandardCoupler)单工作窗口宽带耦合器（WavelengthFlattenedCoupler)双工作窗口宽带耦合器（Wavelength

68、IndependentCoupler)-从传导模式上分：从传导模式上分：多模耦合器单模耦合器120光电基础知识培训PLC SplitterDual Window 1N SpliterCoupler121光电基础知识培训光波分复用器：光波分复用器：-对光波波长进行分离与合成的光无源器件对光波波长进行分离与合成的光无源器件对光波波长进行分离与合成的光无源器件对光波波长进行分离与合成的光无源器件波分复用是光纤通讯中的一种传输技术，它利用了一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分成若干个波段，每个波段用做一个独立的通道传输一种预定波长的光信号通常将波分复用缩写为WD

69、M（Wavelength Division Multiplexing)按照通道间隔的差异，WDM可以分为：W-WDM（Wide-WDM ): 通道间隔等于或者大于25nm M-WDM (Mid-WDM): 通道间隔小于25nm,而大于3.2nm D-WDM (Dense-WDM):通道间隔小于或等于3.2nm122光电基础知识培训把不同波长的光信号复用到一根光纤中进行传送(如每个波承载一种TDM 电信号）的方式统称为波分复用。WDM：波长间隔比较大，在不同传输窗口（比如：波长间隔比较大，在不同传输窗口（比如：1310nm、1550nm）DWDM：波长密集，同一传输窗口（比如：波长密集，同一传输

70、窗口（比如1550nm）CWDM：粗波分复用，同一传输窗口内波长间隔大（比如：粗波分复用，同一传输窗口内波长间隔大（比如1550nm）什么是波分复用？什么是波分复用？双纤双向：一根光纤传送一个方向的信号，系统使用两根光纤双纤双向：一根光纤传送一个方向的信号，系统使用两根光纤单纤双向：一根光纤传送两个方向的信号，系统使用一根光纤单纤双向：一根光纤传送两个方向的信号，系统使用一根光纤123光电基础知识培训什么是波分复用？什么是波分复用？124光电基础知识培训OTUOUTWPA1n合波器OTUOTU1nWBA波长转换合波器光放大分波器分波器OSCOSCOSC波长转换器（O T U）的功能是完成G.9

71、57光信号到G.692固定波长光的转换。DWDM的功能模块合波器和分波器完成G.692固定波长光信号的合波和分波。光放大器包括BA、PA、LA。BA是功放，通过提升合波后的光信号功率，从而提升各波长的输出光功率；PA是预放，通过提升输入合波信号的光功率，从而提升各波长的接收灵敏度；LA是线放，完成对合波信号的纯光中继放大处理。OSC（光监控信道）通常采用1310nm和1510nm，负责整个网络的监控数据传送。125光电基础知识培训合波分波器件合波分波器件INiOUTINOUTi合波合波分波分波合波/(分波)器件是将不同波长的光信号合在一起/(按波长分开)的器件，是DWDM系统最核心器件，这是光

72、层的最基本复用合解复用。故分波/合波器件也经常被叫做光复用/(光解复用)器件这里的“分”、“合”是相对波长/频率而言的，不是针对光功率而言。126光电基础知识培训特点：成本低，技术成熟，插损大插损理论计算方法：插损级数3dB输入端口编号与波长无关（对波长不敏感）对相邻波长隔离作用低耦合型合波器件耦合型合波器件inout127光电基础知识培训14滤波器滤波器滤波器滤波器自聚焦棒透镜自聚焦棒透镜玻璃玻璃设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号同带平坦，且与极设计上可以实现结构稳定的小型化器件，信号同带平坦，且与极化无关，插入损耗小，通路间隔度好。化无关，插入损耗小，通路间隔度好。但通路数不会很多。

73、但通路数不会很多。多层介质膜复用解复用器件多层介质膜复用解复用器件128光电基础知识培训膜片型波分复用器n光波分复用器是对波长进行分离与合成的无源器件。nWDM的原理很简单，利用镀膜片，将需要的波长挑选出来。129光电基础知识培训3端口端口8-Channel DWDM Modules4 Channel DWDM16-Channel DWDM Modules130光电基础知识培训InterleaverInterleaver技术技术：是一种可把一列频率间隔为f的光信号分为两列频率间隔为2f的光信号，分别从两个信道输出的光滤波技术，称其中一个信道为奇信道，另外一个为偶信道。也称为光学梳状滤波。光学梳

74、状滤波。光学梳状滤波。光学梳状滤波。50GHZ Interleaver50GHZ Interleaver的工作示意图的工作示意图的工作示意图的工作示意图131光电基础知识培训间隔为间隔为50GHz50GHz，8080路的路的DWDMDWDM器件器件Interleaver50GHz100GHz 140 WDM100GHz 140 WDM50GHz 180 DWDM 器件器件132光电基础知识培训什么是Interleaver133光电基础知识培训应用介绍Interleaver主要和其他器件一起构成WDM系统，用于数据等的传输。134光电基础知识培训光学材料光学材料薄膜光学薄膜光学135光电基础知识

75、培训u光学玻璃光学玻璃 -应用最广泛的光学材料，属于无机物，是高分子的凝聚态物质;不论化学成分和固化温度范围如何，一切由熔体过冷却所得的无定形体，由于粘度逐渐增加而具有的固体的机械性质的，均称之为玻璃；而且有液态变为玻璃态的过程应当是可逆的光学晶体光学晶体 -是有规则排列结构的固体光学塑料光学塑料 -属于有机物，是有机高分子化合物光学材料有三大类光学材料有三大类136光电基础知识培训:光学玻璃的分类光学玻璃的分类光学玻璃的分类光学玻璃的分类：无色光学玻璃：无色光学玻璃：分为冕牌和火石两大类，各以分为冕牌和火石两大类，各以K和和F表示表示：有色光学玻璃：有色光学玻璃：1、硒镉着色玻璃、硒镉着色玻

76、璃-可以得到黄色（可以得到黄色（JB）、橙色（）、橙色（CB）、红色（）、红色（HB）玻璃）玻璃2、离子着色的选择性吸收玻璃、离子着色的选择性吸收玻璃 3、离子着色的中性玻璃、离子着色的中性玻璃：特种光学玻璃：特种光学玻璃1、光学石英玻璃（熔石英）、光学石英玻璃（熔石英）2、红外光学玻璃、红外光学玻璃3、耐辐射光学玻璃、耐辐射光学玻璃4、防辐射光学玻璃、防辐射光学玻璃5、微晶玻璃、微晶玻璃-玻璃的物质性质，如折射率、热膨胀系数，玻璃的物质性质，如折射率、热膨胀系数，不因测量方向的不同而不同不因测量方向的不同而不同137光电基础知识培训、光学晶体的分类、光学晶体的分类、光学晶体的分类、光学晶体的

77、分类-具有格子结构的固体，物质的具有格子结构的固体，物质的性质随测量方向的不同而不同性质随测量方向的不同而不同晶族晶系特征轴单位轴角低级晶族三斜a0b0 c00 0 0 90单斜a0 b0 c00 = 0 = 90，0 90正交a0 b0 c00 = 0 = 0 = 90中级晶族四方a0=b0 c00 = 0 = 0 = 90六方a0=b0 c00 = 0 = 90，0 = 120三方a0=b0=c00 = 0 = 0 90高级晶族立方a0=b0=c00 = 0 = 0 = 90三大晶族七大晶系三大晶族七大晶系138光电基础知识培训 光学晶体的分类光学晶体的分类：紫外、红外晶体：紫外、红外晶体

78、 -利用晶体透紫外、红外的性能，制造红外、紫外透光窗、分光棱镜：偏振晶体：偏振晶体 -利用晶体的双折射性能制造偏振零件：闪烁晶体：闪烁晶体 -某些碱卤化合物的光学晶体中引入杂质激活剂，能将看不见的核子射线转为可见光：窗口材料：窗口材料 -是指用于探测仪、红外光学仪器、人造卫星、导弹、宇宙飞船上的窗口式穹面罩材料：激光晶体：激光晶体 -人工合成晶体，把激活离子个别掺入到适当的结晶母体中，包含基质晶体和激活离子：非线性晶体：非线性晶体 -用以解决激光应用中的光调制、偏转、和变频等问题，大体分为电光晶体、声光晶体、变频晶体139光电基础知识培训晶体的几个重要的物理性质晶体的几个重要的物理性质1 1、

79、解理性、解理性、解理性、解理性2 2、硬度：常用莫氏硬度，指甲可划的为、硬度：常用莫氏硬度，指甲可划的为、硬度：常用莫氏硬度，指甲可划的为、硬度：常用莫氏硬度，指甲可划的为12.512.5，小，小，小，小刀能刻画的为刀能刻画的为刀能刻画的为刀能刻画的为55.555.5，锉刀为，锉刀为，锉刀为，锉刀为6767，锉刀都不能的为，锉刀都不能的为，锉刀都不能的为，锉刀都不能的为8989，石英晶体为，石英晶体为，石英晶体为，石英晶体为7 7，天然金刚石为，天然金刚石为，天然金刚石为，天然金刚石为9 93 3、溶解度、溶解度、溶解度、溶解度4 4、双折射：高级晶族没有，中级有，会将一束光分为、双折射：高级

80、晶族没有，中级有，会将一束光分为、双折射：高级晶族没有，中级有，会将一束光分为、双折射：高级晶族没有，中级有，会将一束光分为2 2束，为寻常光和非寻常光，相应的折射率用束，为寻常光和非寻常光，相应的折射率用束，为寻常光和非寻常光，相应的折射率用束，为寻常光和非寻常光，相应的折射率用n no o和和和和n ne e表示表示表示表示5 5、旋光性、旋光性、旋光性、旋光性140光电基础知识培训晶体晶体双折射现象双折射现象141光电基础知识培训象象折射现折射现双双折射现折射现o光光e光光方解石晶体方解石晶体CaCO3纸面纸面 双折射现象双折射现象返回返回结束光电基础知识培训双折射现象双折射现象当一束自

81、然光穿过方解石当一束自然光穿过方解石等晶体时，分成两条折射等晶体时，分成两条折射光的现象称为光的现象称为双折射现象双折射现象。白纸上涂一个黑点，将方解白纸上涂一个黑点，将方解石放在纸上，可观察到两个石放在纸上，可观察到两个黑点，旋转方解石，一个黑黑点，旋转方解石，一个黑点不动，另一个黑点旋转。点不动，另一个黑点旋转。这两条光线都是偏振光。这两条光线都是偏振光。143光电基础知识培训光的双折射现象光的双折射现象双双折折 射射双双 折折双双 折折方解石晶体方解石晶体o光光e光光寻常光寻常光( (o光光) )：遵守折射遵守折射定律定律非常光非常光( (e光光) )：不遵守折不遵守折射定律射定律144

82、光电基础知识培训F当方解石晶体当方解石晶体旋转时，旋转时，o光不光不动，动，e光围绕光围绕o光光旋转旋转145光电基础知识培训光轴：光轴：光线在晶体中沿某一方向传播时不光线在晶体中沿某一方向传播时不发生双折射现象，这一方向称为晶发生双折射现象，这一方向称为晶体的光轴体的光轴只有一个光轴只有一个光轴只有一个光轴只有一个光轴( (如方解石、石英如方解石、石英如方解石、石英如方解石、石英) )的晶体为的晶体为的晶体为的晶体为单轴单轴单轴单轴晶体晶体晶体晶体；有两个光轴；有两个光轴；有两个光轴；有两个光轴( (如云母、硫磺如云母、硫磺如云母、硫磺如云母、硫磺) )的晶体为的晶体为的晶体为的晶体为双轴双

83、轴双轴双轴晶体晶体晶体晶体重要概念重要概念146光电基础知识培训n主主截截面面：光光轴轴和和晶晶体体表表面面法法线线组组成的平面成的平面F主平面：主平面：某一光某一光线线( (o o光或光或e e光光) )与与光轴组成的平面光轴组成的平面光轴光轴法线法线o光光e光光147光电基础知识培训光轴光轴法线法线光轴光轴o光光光轴光轴e光光主截面主截面o光主平光主平面面e光主平光主平面面FF一般情况下，一般情况下，e光不一定在入射面内，光不一定在入射面内，o光和光和e光的主平面并不重合光的主平面并不重合148光电基础知识培训、光学塑料的分类、光学塑料的分类、光学塑料的分类、光学塑料的分类-主要成分是树脂

84、，具有稳定而优良的光学性能-树脂可以分为天然树脂和合成树脂，合成树脂又可以分为热塑性塑料和热固性塑料-优点：成型方便，产品成本低、耐冲击强度高-缺点：折射率温度梯度大，热膨胀系数大，易变形，不耐有机溶剂相机镜头相机镜头菲涅尔红外透镜菲涅尔红外透镜149光电基础知识培训典型膜系介绍典型膜系介绍v增透膜（增透膜（减反射膜减反射膜）v分光膜分光膜 分为分束膜和分色膜，后者是按颜色（波长）不同进行分光）分为分束膜和分色膜，后者是按颜色（波长）不同进行分光）v反射膜反射膜v滤光片滤光片v特殊膜系特殊膜系膜系膜系150光电基础知识培训光学薄膜的类型与符号光学薄膜的类型与符号1.减反膜减反膜2.滤光膜滤光膜

85、3 保护膜保护膜4 内反射内反射5 外反射外反射6 高反膜高反膜7 分束膜分束膜8 分色膜分色膜9 偏振膜偏振膜10 导电膜导电膜151光电基础知识培训晶体介绍举例晶体介绍举例152光电基础知识培训纯的钒酸钇（纯的钒酸钇（YVO4）晶体：优秀的双折射光学晶体 应用应用应用应用：在光纤通讯设备中，就需要大量的由纯YVO4晶体制造的各种分光、偏光元件，如光隔离器、环形器、光分束器、及格兰系列偏光器等 153光电基础知识培训掺钕钒酸钇（掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）晶体：）晶体：是一种性能优良的激光晶体是一种性能优良的激光晶体 应用应用应用应用：与与LBO,BBO,KTP等高非线性系等高非线性系数的晶

86、体配合使用，能够达到较好的数的晶体配合使用，能够达到较好的倍频转换效率，可以制成输出近红外、倍频转换效率，可以制成输出近红外、绿色、蓝色到紫外线等类型的全固态绿色、蓝色到紫外线等类型的全固态激光器，钒酸钇激光器已在机械、材激光器，钒酸钇激光器已在机械、材料加工、波谱学、晶片检验、显示器、料加工、波谱学、晶片检验、显示器、医学检测、激光印刷、数据存储等多医学检测、激光印刷、数据存储等多个领域应用个领域应用 154光电基础知识培训 掺钕钇铝石榴石掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)：近年内最重要、近年内最重要、应用最广泛的固态激光器工作物质应用最广泛的固态激光器工作物质 应用应用：它可以用于二极管它可以

87、用于二极管泵浦全固态微小型激光泵浦全固态微小型激光器中器中, 得到的红、绿、蓝得到的红、绿、蓝色高质量的连续激光输色高质量的连续激光输出，大量用于军事、科出，大量用于军事、科研、医疗及工业激光器研、医疗及工业激光器中，如高性能激光仪器，中，如高性能激光仪器， 激光治疗仪、美容仪，激光治疗仪、美容仪，激光打标机、打孔机等激光打标机、打孔机等激光加工机械中激光加工机械中 155光电基础知识培训 磷酸钛氧钾晶体磷酸钛氧钾晶体 (KTP Crystal )：一种优良的非线性一种优良的非线性（NLO）晶体）晶体 应用应用：可用于制作倍频、混频、电光调制、光参量振荡和光可用于制作倍频、混频、电光调制、光参

88、量振荡和光波导等元器件，在商业和军用激光里被广泛使用，包括实验室和波导等元器件，在商业和军用激光里被广泛使用，包括实验室和医学系统，射程探测器，激光雷达，光通信和工业激光系统等等医学系统，射程探测器，激光雷达，光通信和工业激光系统等等 156光电基础知识培训CASIXCASIX产品产品 A A展厅展厅窗片窗片 Windows Windows透镜透镜 LensesLenses五角棱镜五角棱镜 Penta PrismsPenta PrismsFiltersDPM CrystalsLaser OpticsBeamsplitters157光电基础知识培训CASIXCASIX产品产品 B B展厅展厅KTP CrystalBBO Crystal LiNbO3 Crystal Nd:YVO4YVO4C-Lens158光电基础知识培训CASIXCASIX产品产品 C C展厅展厅PigtailSC JumperFC JumperLC ConnectorInterleaverIsolatorCollimator159光电基础知识培训THE ENDTHANKS160光电基础知识培训