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光子源偏振纠缠验证实验1900年,普朗克为了克服经典理论解释黑体辐射规律的困难,引入了能量子概念,为量子理论奠下了基石。随后,爱因斯坦针对光电效应实验与经典理论的矛盾,提出了光量子假说,并在固体比热问题上成功地运用了能量子概念,为量子理论的发展打开了局面。1913年,玻尔在卢瑟福有核模型的基础上运用量子化概念,对氢光谱作出了满意的解释,使量子论取得了初步胜利。从1900年到1913年,可以称为量子论的早期。以后,玻尔、索末菲和其他许多物理学家为发展量子理论花了很大力气,却遇到了严重困难。要从根本上解决问题,只有待于新的思想,那就是“波粒二象性”。光的波粒二象性早在1905年和1916年就已由爱 ...
衍射1衍射的基本原理如图1所示,考虑点光源Po发出的球面波(波长为λ,幅值为Up,),照明某孔径无限大不透明屏上孔径,我们来计算孔径右边空间某点P处的场值。包含P点的某闭合面由图1中的S1、S2和S3组成。其中,S2由于不透明,故对P点的场值没有贡献,半球区域S3,当满足索末菲辐射条件时就可以不考虑其对P点的贡献。这样,透光孔S1,决定了P点出的光波幅值Up。图1衍射推导菲涅耳-基尔霍夫衍射公式:式中,(r1,n)为单位矢量r1和n之间的夹角,(ro,n)为ro和n之间的夹角。倾斜因子[cos(r1,n)-cos(ro,n)].如果点光源离开孔径足够远,对于孔径上各点都有cos(r1,n)=1 ...
椭偏仪在位表征电化学沉积的系统搭建(一)-基本原理利用椭偏仪可以精确测量薄膜的厚度和光学常数,其测量原理基于不同偏振光(S,P)与材料的作用。如图1-1所示的单层薄膜模型中,所测的薄膜在衬底上,zui上层为空气,薄膜两侧介质都是半无限大,且薄膜上下表面皆是理想光滑表面,三种介质皆为均匀、各向同性介质。在实际测量过程中,单层模型的三种介质通常指的是空气、待测薄膜和基底。图1-1 光波在多层膜上的反射与透射光波在单层膜上的反射和透射示意图如图1-1所示。定义入射光波矢量E在垂直于入射面上的分量为P光,在入射面上的分量为S光。由折射定律及菲涅耳定律知、、的关系为:上述式子中,n1是空气的折射率(1. ...
深入浅出带你了解磁共振成像(MRI)基本原理一、当我们去医院做核磁共振检查时是如何给大脑照相的呢?照相的原理又是什么?人的大脑可以说是世jie上zui为精妙复杂的系统,从生理上来说,脑的功能是控制身体的其他器官,可以说所有的行为都因它而起,所有的感悟也都由它而生。对于这么复杂而又精细的系统,从古至今人类从未放弃探索。研究脑zui古老的方法是神经解剖学。神经生理学家研究脑的化学、药理学和电性质,认知神经科学研究大脑的运作如何执行心理或认知功能。我们姑且将其统称为脑科学,即研究脑的结构和功能的科学。脑科学研究方法除了常规的认知行为研究之外,还有利用脑功能成像设备的研究方法,zui常见的有磁共振成像 ...
椭偏仪与偏振相位(十)- 仪器矩阵的非线性zui小二乘拟合定标原理图1为斯托克斯椭偏仪仪器矩阵的定标光路示意图。光源发出的光束经过定标单元(起偏器和1/4波片组合)后,由斯托克斯椭偏仪探测得到4个光强,记为设定入射光的归一化斯托克斯矢量为根据偏振光传输理论,探测光强Iout。与入射光的斯托克斯参数Sin有如下关系:其中:为系统透射率,X为被测斯托克斯椭偏仪的仪器矩阵,Mwp和MP分别为定标单元中波片和起偏器的Mueller矩阵,和分别是偏振片和波片的方位角,为波片的相位延迟。图1 斯托克斯椭偏仪仪器矩阵定标光路示意图非线性zui小二乘拟合方法中被拟合参数的选择如下:(1)选用消光比大于1000 ...
椭偏仪与偏振相位(三)-补偿法的原理及误差分析补偿法1.测量原理补偿法是利用位相补偿器件将由待测元件产生的位相延迟补偿为0(或2π),从而测量波片位相延迟。通常有λ/4波片补偿法(Senamont法和Tardy法)和Soleil补偿器法。λ/4波片补偿法由于需要已知某波长处精确的λ/4波片,而且测不同波长的位相延迟需要不同波长的λ/4波片,所以此方法在高精度测量中并不可取,这里不再赘述。而Soleil补偿器的位相延迟连续可调,适用于不同波长延迟的测量,下面讨论这种方法。测试系统由起偏器、检偏器、待测元件和Soleil补偿器构成。通常起偏器和检偏器正交放置,Soleil补偿器的光轴与待测元件的光 ...
空间域热反射SDTR基于的光学交流量热法进入微尺度以后材料的热物性与宏观尺度相比发生了很大的变化,分析和测量微尺度下材料的热物性参数对微尺度传热理论分析和研究微器件的热传导能力及散热速度具有重要的意义。交流量热法是测量薄膜热扩散率的有效方法之一,适合测量半导体、金属、非金属等多种薄膜材料。图1:交流量热法的测量原理图[1]交流量热法的测量原理如图1所示。当一定频率和一定脉冲宽度的激光加热样品时样品表面上会呈现出同频的交变温度波。在一定距离上该温度波的衰减和相位滞后与样品的热物性有关。根据已知一定距离上不同两点间的温度波可以通过温度波的幅度衰减或相移计算出样品的热扩散率。当样品厚度远远小于热扩散 ...
用Specim FX17高光谱相机测量棉制品水分含量水分的定量测试是许多工业和研究应用的关键。基于光谱学的定量模型对水分含量的监测是有效、无损和准确的。高光谱相机也可以显示水分的空间分布,而点光谱仪只能提供一般分布。在这项研究中,我们监测了一块棉布在其干燥过程中的的水分含量。NIR: 近红外(900 - 1700 nm)PLS: 偏zui小二乘法PLSDA:偏zui小二乘判别分析NIR波段水的吸收峰生产中监测水分含量是非常重要的,例如,在食品、造纸和木材行业中。近红外光谱仪被广泛的使用在各类应用中。光谱学家依靠NIR波段内水的吸收峰,如下图所示,水会强烈吸收970nm、1150nm和1450n ...
Up to 98%光利用率——镀介质镜型纯相位高速高损伤阈值SLM!液晶空间光调制器(SLM)可以将数字化数据转换为适合各种应用的相干光学信息,包括双光子/三光子显微成像、光镊、自适应光学、湍流模拟、光计算、光遗传学和散射介质成像等应用。 这些应用需要能够轻松快速地改变相干光束波前的调制器。 通过将液晶材料的电光性能特征与基于硅的数字电路相结合,Meadowlark Optics 现在提供了高分辨率的 SLM,这些 SLM 还具有物理紧凑性和高光学效率。图一:紧凑的HSP1K(1024×1024)系列和E19×12(1920×1200)系列SLMMeadowlark Optics 的硅基液晶 ...
PDH稳频系统可以这么简单的实现一.简介本实验基于Liquid 公司moku:Pro和Stable laser公司的超稳腔系统,实现了对普通1064nm激光器的PDH稳频,获得了正确的调制边带和误差信号,并进一步对激光器进行锁频和PID锁定优化输出。二.理论基础腔对于光场的反射率公式如下F(ω):r1,r2是前后镜面的反射率,E为光强,ω,∅为本振频率和调制频率。然后根据这两个公式可得从腔反射回的光场Er:反射光场打到光电探测器中,光电探测器相应的是光功率Pr=ErEr*经过计算有上式第一行是直流项;第二行第三行是由载波和边带之间产生的干涉项,频率为Ω;第四行是两个边带之间的干涉项,频率为2Ω ...
液晶空间光调制器常用的校准测量方式不同的LCOS所能调制的范围不同,因此在使用之前,需要对每个LCOS都进行调制性能的标定。主要测量方法有功率计探测法、马赫—曾德干涉方法、径向剪切干涉方法、泰曼格林干涉方法、双孔干涉方法等。下面简单介绍几种。功率计直接探测法 图1功率计直接探测法的原理图如图1所示,激光经准直扩束后照射在非偏振分束片上,其中透射光经LCOS调制后反射,反射光经反射镜反射后作为参考光,与待测的 LCOS调制后的光发生干涉后被功率计接收,记录光强的变化。测试方法非常简单,但是由于照射光不是严格的平行光,干涉后的光强较难保证完全均匀,导致测量结果精度不高,而且得到的相位调制特性结果为 ...
空芯反谐振光纤长距离通信前言:制备空芯反谐振光纤的科学研究取得了突破性的进展,其有望突破现有传统光纤的一些本征限制。空芯光纤将光束缚在空气芯中,在传输及其应用上具有传统光纤不可比拟的优势。因此,空芯反谐振光纤成为当前光通信领域的研究热门。随着全球互联网、物联网等通信需求的不断增长和飞速发展,对于通信系统的传输容量提出了更大的需求。光纤是大容量高速率光纤通信技术发展的关键传输载体,具有低成本、纯度高、损耗小、可靠性高等优点,是支撑国家信息基础通信设施更新换代的关键。传统阶跃折射率型单模光纤在其中心具有较高的折射率,包层材料具有较低的折射率,以便通过全内反射的机理传输光波电磁场,其导模的有效折射率 ...
用于超精密光学超低噪声光学频率梳的锁相方法摘要具有低相位噪声的光学频率梳(OFC)可以在经典和量子系统中实现更严格的计量。为了消除相位噪声,必须扩展载波包络相位的反馈带宽和重复频率。在这里,我们提出了一种构建超低噪声OFC的方法。通过利用不同的电光调制器作为快速执行器,这种方法可以扩展反馈带宽超过150 kHz重复率的相位锁定和载波包络的抵消相位锁定,我们分别得到残余相位噪声21.8 mrad(18.1as)和86.1mrad(71.3as)的稳定光的击打信号和载波包络的抵消频率。我们通过测量两个梳齿之间的相对线宽来验证这个架构,它揭示了在1秒平均时间内,环内跳动的分数不稳定性小于环外跳动的分 ...
光电二极管和单点式光电传感器1.光电传感器光电传感器是用于探测电磁波的电子器件,按照探测波段可分为X射线、紫外、可见光、红外光电探测器。其核心原件-光电传感器可把光信号转换为电信号,是基于光伏(光电)效应,其基本机理如下所述。光子通过光电光感器后可转化为电子,并以电流形式输出,当光子被半导体材料吸收时,半导体材料的电子从价带激发到导带,然后由电路读出,作为输出信号。有三种过程可从材料中激发出电子:光伏效应,光电导效应,光电发射效应。能够发生光伏效应的半导体传感器,应该由P型区和N型区组成,并且两区相互拼接形成P-N结,如图1(a)所示。电子吸收光子后,激发到导带上,但在价带上留下空穴,形成了电 ...
飞秒激光的简介前言:飞秒激光的特点:脉冲宽度短,脉冲峰值功率高,覆盖频谱范围广。一、飞秒激光的简介飞秒激光脉冲的持续时间10-15s,即飞秒(Femtosecond——fs),它相当于电子缠绕原子核半周的时间,以光速计算,在1fs的时间内,光传播了0.3um,可见飞秒这一单位的时间之微。这样极端微小的时间在我们所看到的宏观世界里是无法找到它的踪迹的。但是,在由基本粒子所组成的微观世界里,其运动状态的改变常常发生在飞秒这样极短的时刻,如分子的能量转移、化学键的破裂和形成、原子的横向弛豫和纵向弛豫,半导体中载流子的激发和复合等。正是由于这个缘故,在飞秒激光诞生后的相当长的一段时间内,飞秒激光主要是 ...
波像差系列(五)-参考点移动产生的波像差、焦深参考点的位置变化时,对于几何像差而言,只是相当于坐标原点的变化,不会引入新的像差进入到系统中。但是对于波像差而言则不同,挡参考点的位置变化时,相当于参考球面的半径发生变化,使得新的参考球面与原来的参考球面有所偏离,这就是参考点移动所产生的波像差。若参考点沿波面对称轴移动,其所引起的波像差变化量 可应用公式以 代替其中的球差来求得,即当参考点在垂轴方向移动时,其所产生的波像差的变化量可对如下公式进行积分而得。此时式中的常量,,并考虑到,得焦深,是焦点深度的简称。光学成像系统的焦深指的是当系统像面移动造成的系统波像差变化不超过四分之一波长时,则认为这个 ...
DC/DC降压转换器设计和测量1.介绍DC-DC 电源转换器是当今最常见的电子系统之一。 我们通常在从手机充电器到客机电源的所有事物中看到这种性质的子系统。 能够快速调试和评估各种电气子系统的质量对于电气工程师来说是一项极其重要的技能。 美国空军对电力转换的应用特别感兴趣,因为我们的许多系统都使用了各种电力电子子系统。降压转换器是一种开关降压转换器,是一种常用的子系统,可有效地将来自输入源(电源)的电压降低到适合输出(负载)的电平。 降压转换器是一种开关转换器,其中晶体管将用作开关,并将电路的电源侧隔离或连接到负载。 降压转换器的一个关键优势是电压转换的效率。 通常,我们可以预期设计良好的降压 ...
激光器锁模技术的基本原理介绍锁模技术是一个实现稳定脉冲激光的重要方法,锁模是让激光器振荡器内的不同频率的光在锁定了稳定相位关系时由于干涉效应而产生光脉冲,如图1中所示。图1:锁模激光器振荡器中光场时域示意图。当激光器内存在多种频率的光,且它们的相位如果在某一时间点达到稳定一致,就实现了锁模,在它们相位相同的时间点激光器会输出峰值脉冲。设第q个频率的光振幅、角频率、初始相位分别为、、。在空间z=0处,的电场可表示为:激光器的所有光的总和电场表示为:由于激光器内的多模(频率)光之间的初始相位各异、因此多纵模激光之间的为非相干迭加。时域上光强无规则。但通过锁模技术使激光器谐振腔中的的多模光初始相位一 ...
单光子探测器暗计数在激光远距测距的重要性激光测距技术在民用、军事等方面均有广泛应用,远距离测距的需求也日益增加。下图中给出了超导纳米线单光子探测器应用于激光测距的基本原理图。激光器为1064 nm,回波经透镜、光纤耦合至单光子探测器,光路可调节耦合过程中存在的损耗。激光发射同时触发计时,单光子探测器响应回波光子以及噪声光子,结束计时,此周期为1ms。单脉冲回波光子数n0。可由式得到:为激光功率峰值,Δt为激光脉冲宽度,D为接收孔径,分别为反射/接收光学效率,p为目标物反射率。下图为单光子探测器不同条件下的暗计数对信噪比(SNR)的影响,横轴为脉冲积累次数, 纵轴为信噪比,可知,回波率较高时(近 ...
波像差系列(三)-轴外点的波像差及其与垂轴像差的关系轴外点光束经光学系统后,一般已失去轴对称性质。因此不能像轴上点那样,仅用一个量来描述其像差。通常用光线的垂轴像差的子午分量和弧矢分量来描述,相应地,轴外点的波像差也将表示成与这两个分量之间的关系。分别以出瞳中心o’和理想像面中心为原点,作瞳面坐标和像面坐标如上图所示。为轴外点B的实际波面,为以理想像点为中心所作的在出瞳中心o’处与实际波面相切或相交的理想参考球面。任取一条光线,与波面,和高斯像面分别相交于和B'点,其坐标分别为光线的方向余弦为cosα,cosβ,cosγ。显然,则在三个坐标轴上的投影可以写成:微分这些式子,并将第一式乘 ...
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