光纤白光干涉原理与应用(苑立波,杨军)思维导图
光的原理与应用思维导图
光的原理与应用思维导图1. 光的基本概念
•光的定义
•光的传播
•光的速度
2. 光的波动理论
•光的波粒二象性
•光的波长
•光的频率
•光的振动方向
3. 光的原理
•光的反射
–定义
–角度关系
•光的折射
–定义
–斯涅尔定律
–折射角计算
•光的干涉
–定义
–构成干涉的条件
–干涉条纹形成原理
•光的衍射
–定义
–衍射现象的条件
–衍射的角度关系
•光的偏振
–定义
–偏振的种类
–偏振的应用
4. 光的应用
•光的传输
–光纤通信
–光纤传感器
•光的成像
–光学仪器
–摄影与相机
•光的显示
–光电显示器
–激光投影仪
•光的治疗
–激光医学
–光疗技术
5. 光的探索与发展
•光的研究历史
•光的未来应用展望
6. 结论
以上是对光的原理与应用的思维导图的详细梳理。
通过这个思维导图，我们可以清晰地了解光的基本概念、波动理论和原理，以及光在各个领域的应用。
充分认识到光的重要性，对于我们认识和利用光的特性具有重要的意义。
同时，光的探索与发展也会为人类带来更多的惊喜和挑战。
希望这个思维导图可以帮助您更好地理解和学习光的原理与应用。
物理光学思维导图
物理光学思维导图
CREATE TOGETHER
DOCS
01
物理光学基本概念与原理
光的传播特性及其分类
光的传播特性
• 光具有波动性 • 光具有粒子性 • 光具有电磁波性
光的分类
• 相干光 • 非相干光 • 部分相干光
物理光学中的基本定律与公式
基本定律
• 费马定律 • 斯涅尔定律 • 布儒斯特定律
基本公式
• 折射公式 • 反射公式 • 衍射公式 • 干涉公式
光源与光电器件简介
光源
• 激光光源 • 非激光光源 • 脉冲光源
光电器件
• 光电探测器 • 光电调制器 • 光电倍增管
02
光的干涉与干涉现象
干涉原理与分类
干涉原理
• 波的叠加原理 • 干涉现象的条件
干涉分类
• 双光束干涉 • 多光束干涉 • 薄膜干涉
物理光学在通信领域的应用
光纤通信
• 光纤的传输特性 • 光纤通信系统的设计与优化
光学无线通信
• 光学无线通信的原理 • 光学无线通信系统的设计与优化
物理光学在医疗领域的应用
激光医疗
• 激光切割 • 激光治疗
光学诊断
• 光学显微镜检查 • 光学成像技术
物理光学在科研领域的应用
光学测量
• 光学干涉测量 • 光学衍射测量
光学检测
• 光学传感器 • 光学检测系统
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
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成像技术的应用与实例
成像技术的应用
• 制造光学仪器 • 制造摄影器材 • 制造医疗仪器
光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术
θ 为本振信号的初始相位，调整载波信号幅度 φ H ， 使 J 1 (φ H ) = J 2 (φ H ) 。将上两式相加得
SA = S1A(t) + S2A(t) = 2 ABJ1 (φ H ) cos (3ω H t + θ + φ A sin ω At + φ )
(15)
− KGJ 1 (c) cos Φ (t ) KHJ 2 (c) sin Φ (t )
φ (t ) = π 2 时， 奇 （偶） 数倍角频率 ω 出现在奇 （偶） 数倍载波频率 ω 0 两侧。这些出现在 ω 0 两侧的边带
信号携带着被测信号的相位信息。如果不加调制信
第3期
裴雅鹏 等：光纤干涉型传感器原理及其相位解调技术
19
号，输出光强 I1 = A + B cos Φ (t ) ，若 Φ (t ) = 0 ， 则 cos Φ (t ) = 1 ，由于 Φ (t)的存在，信号将发生消 陷或畸变。 光纤 Mach-Zehnder 干涉仪调制与解调系统如 图 4 所示，将两路干涉的信号做差分运算，消去直 流偏移量，与 G cos
2 I 2 = I12 + I 2 + 2 I1 I 2 cos ( ∆ϕ )
I1 = ALeabharlann + B cos ϕ (t ) I 2 = A − B cos ϕ (t )
臂上外界物理量的变化。
RA RA Lens Lens DC1 DC1 DC2 DC2 PD1
（2） （3）
通过对干涉信号相位的提取来获知作用在信号
中图分类号 TN253
1 引 言
自从 1881 年美国物理学家 Michelson 发明 Michelson 干涉仪以来， 使用激光干涉传感器测量位 移、速度的技术得到了很大的发展。随后又出现了 Sagnac 干涉仪、Mach-Zehnder 干涉仪、Fabry-Peort 干涉仪等一些干涉仪。激光干涉传感器能提供一种 精确、快速、非接触的测量，而信号处理将直接影 响到测量的分辨率、精度和动态范围等因素。在过 去的 20 年， 基于这些干涉仪原理的传感器相位解调 方法已经成为研究的主要课题，出现了许多不同的 调制与解调方法，从而使干涉型传感器的应用更加 广泛。本文首先介绍了几个不同结构干涉型传感器 的原理，然后着重介绍了其调制与解调技术的原理 及实现方法。
光纤白光干涉传感器1
S = 2 nL 1 构成传感臂的光纤的光程长度 为 ，参考臂由长度略短的参考光纤L2 2nL2 + 2 X 和参考光纤端面与扫描镜形成的空气间隙X组成。所以参考臂光程 总和为
X = 2nL1 − (2nL2 + 2 X ) 在 位置附近，出现与下图2 类似的白光干涉条纹。其中零级条纹近似在干涉条纹的中央，具有 极大的振幅，对应于两臂光程精确相等处。当传感臂的光程在应变 或者周围环境温度变化的作用下导致光程变化时，传感器光程的变 ∆S = ∆(nL1 ) 化 可以通过测量中央零级条纹对应的反射 镜位置改变 ∆X 来获得。
光纤白光干涉传感器
主讲人 ：曹海娟
1.光纤白光干涉仪的原理 1.光纤白光干涉仪的原理
光纤白光干涉仪的原理图如下
传感臂L1
LED光源 反射率R1
2*2耦合器
镀膜光纤反射 端
反射率R2
X
PD探测器
L2参考臂
图1 光为参考和传感的两臂通过使用一个3dB的耦合器对光 进行了分路和合路，干涉仪的光程差通过一个扫描反射镜来改变。当 参考和传感两光之间的光程差小于光源相干长度的时候，就会产生一 个白光干涉图。当两光的光程差绝对相等时，光程精确匹配，干涉图 出现中央条纹，该中央条纹的位置可被精确的判断，因此可以实现绝 对测量。
X = X 2 − X 1 = nL0
(7.54)
LED光源 2*2 耦 合 器
传感臂L1
传感器L0 前 传 后 感 端
面
的 反 射
器
X
反 射 率 R2
D
器
L2
臂
X1 X2
4 光 传感
光
• •
当载荷（温度或应变）作用于传感器时，白光干涉中心条 纹的位置将发生移动，式（7.54）变成 （7.55） ′ ′ X = X 2 − X 1′ = (nL0 )
光纤白光干涉原理与应用
光纤白光干涉原理与应用光纤白光干涉技术是一种利用光纤制作的白光干涉仪，利用了光纤的高灵敏度和高稳定性的特点，能够实现对多种成像和测量任务的高精度和高灵敏度的测量。
光纤白光干涉技术可以应用于医学成像、材料表面形貌测量、微机械系统(MEMS)的测量与检测等领域。
本文将介绍光纤白光干涉的原理，以及其在不同领域的应用。
一、光纤白光干涉原理光纤白光干涉实验的原理主要是利用平板、准直镜、分束镜、反射镜等器材，将白光经过分束镜分成两束光，分别经过两条光纤传输至反射镜，再经过准直镜进入光束合并器，最后汇聚到CCD探测器上。
在这一过程中，我们制作出了一个干涉条纹光源，将探测器观测到的干涉条纹信号的变化情况，就可以得到测试物的形貌信息。
二、光纤白光干涉在医学成像中的应用1.皮肤病变成像利用光纤白光干涉技术可以实现对皮肤病变的高分辨率成像，通过观察病变处的反射光条纹，可以获得皮肤表面的形态信息。
这对于皮肤科医生来说，有着非常重要的临床诊断价值。
2.眼底成像眼科医生在进行视网膜和玻璃体检查时，通常需要进行眼底成像。
利用光纤白光干涉技术可以实现对眼底血管和病变的高质量成像，可以帮助医生更准确地进行诊断。
三、光纤白光干涉在材料表面形貌测量中的应用1.光学表面检测在工业检测中，需要对产品的表面粗糙度、平整度等参数进行检测。
利用光纤白光干涉技术可以实现对产品表面形貌的高精度测量，可以用于检测各种工件表面的水平度、平整度、甚至是微观颗粒的表面分布情况。
2.微纳米结构测量在半导体、纳米科学以及光学制造等领域，需要对微纳米结构的形貌进行测量。
利用光纤白光干涉技术可以实现对微纳米结构的高精度测量，可以用于检测各种微纳米结构的形貌和尺寸。
四、光纤白光干涉在微机械系统(MEMS)的测量与检测中的应用1.MEMS制造检测在微机械系统(MEMS)制造过程中，需要对微机械结构的形貌进行检测。
利用光纤白光干涉技术可以实现对微机械结构的高精度测量，可以用于检测各种微机械结构的形貌和尺寸。
波动光学第1讲——光的干涉 杨氏双缝干涉.ppt
三. 光的相干性
光的干涉现象：
当两列相干光相遇时,在相遇空间出现明暗稳定 分布的现象
1、原子的发光机理
E
0
E 3
1.5eV
E 2
3.4eV
E 1
13.6eV
波列
E
E 3
波列长L =
E
c (E E )/h
2
2
1
E
1
● ●
●
●
0 1.5eV 3.4eV
d
(n 1)d 3.5
S1
r1
d 3.5
n 1
a
S2
r2 D
o
3.5 632 .8 10 9 1.4 1
5.5 10 -6 m
作 业 题：习题16.12、16.14、16.15； 预习内容：§16.4-16.5 复习内容： 本讲
2、相干光的获得
利用普通光源获得相干光的方法的基本原理是把由 光源同一点发出的光设法分成两部分，然后再使这两部分
叠加起来。
分波阵面法
在同一波面上两固定点光源，发出的光 产生干涉的方法为分波面法。如杨氏双 缝干涉实验（图1）
分振幅法
一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 形成的两束光线产生干涉的方法为分振 幅法。如薄膜干涉（图2）。
讨论
以中央明条纹为中心、两侧对称分布的、 平行等距的明暗相间的直条纹
三．菲涅耳双棱镜干涉
P
S： 线光源 B： 障碍物
B
P： 屏
S
:M1、M2：平面镜
A： 镜交线 镜面夹角
S1M21
S2
A M2
O
r : S与A距离
高二物理 光的干涉 PPT课件
光的干涉(interference Of light)
由两束振动情况完全相同的光在 空间相互叠加，在一些地方相互加强， 在另一些地方相互削弱的现象，叫做 光的干涉。
1.杨氏双缝干涉
换用不同间隙的双缝，改变缝到光 屏的距离，记录观察到的现象：
如果保持双缝的间隙不变，光屏到缝的距 离越大，屏上明暗相间的条纹间距 ； 如果保持光屏到缝的距离不变，双缝的间隙 越小，光屏上条纹的间距 。 双缝干涉条纹为等距离平行条纹， 红光干涉条纹比蓝光宽
肥皂膜干涉肥皂膜 干涉.mpg
3.光的干涉现象在技术中的应用：
• 干涉法检测表面检测表面平整度
增透膜
小结：
1.杨氏双缝干涉 2．薄膜干涉
3.光的干涉现象在技术中的应用
单色光干涉原理单色光的干 涉.swf
白光干涉原理白光的干 涉.swf
单色光：
亮纹： 光程差 δ=kλ(k=0，1，2…)．
暗纹：
光程差 δ =（2n-1）λ/2 (k=0，1，2…)．
2.薄膜干涉(film interference)
光照射到薄膜上时,从膜的前表面 和后表面分别反射出来,形成两列相干 光，产生了干涉现象。
白光干涉技术_本科_杨军
《精确认识世界的方法和手段——白光干涉技术》课程教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：精确认识世界的方法——白光干涉技术课程英文名称：The Method of precise understanding of the world —White-Light Interferometry开课学期：2学时：16学时学分：1二、课程目的和任务人类对客观世界的认识，是建立在真实、有效的感知、检测、计量、监测客观事物和各种表象的基础上。
因此，在新世纪条件下，以测量技术为基础的信息技术，成为新技术革命的基础和关键技术，同时为人类认识世界、改造世界提供了不可缺少的技术手段和物质保障。
白光干涉技术是利用宽谱光作为光源，通过观测干涉条纹，实现待测物信息提取与量度的新型光学测量技术。
它具有的可绝对测量，微米级的测量精度，抗电磁干扰，本质安全防爆，易于多路复用，造价低廉等特点，成为近20年来快速发展的一门现代光学（纤）干涉技术，在精密计量与测试、生物医学、材料学等领域都存在着广泛的应用。
将白光干涉原理与技术引入到新生的研讨课程中目的是，让学生了解光学干涉技术中最新的研究成果，提升他们学习专业知识的兴趣，拓展知识面的深度和广度，合理配置和优化的知识结构，培养他们的创新性和研究性思维模式，为学生进一步的基础课程和专业课程的学习指明方向。
三、教学内容与基本要求第一讲：白光干涉原理（2学时）认识世界的方法——测量、光的干涉现象，时间相干性，光干涉计量、成像以及应用。
白光干涉干涉现象，白光光源光谱及其描述。
第二讲：光纤白光干涉仪（2学时）白光干涉仪的基本结构，几种典型的光纤白光干涉仪，光学干涉仪的构造方法。
光程扫描延迟技术，中心条纹的测量与分析方法。
第三讲：白光干涉传感技术及其应用（2学时）白光温度测量、形变测量、压力测量；光纤参数测量，光电器件结构参数确定，复合材料内部应变的测量等应用。
第四讲：光学相干层析技术及其应用（2学时）什么生物光子成像技术，什么是相干层析成像，当前CT成像的分类，OCT技术的特点。