现代光学系统..82页PPT

第八章现代光学系统跟着激光技术、光纤技术和光电技术的不停发展，各样不同的用途的新式光学系统接踵出现，比如激光光学系统、付里叶光学系统、扫描光学系统等。

为能全面地认识这些光学系统的成像特征和设计要求，本章就上述几种新式光学系统作一简要介绍。

§8－1 激光光学系统一、高斯光束的特征激光作为一种光源，其光束截面内的光强散布式不平均的，激光束波面上各点的振幅是不相等的，其振幅 A 与光束截面半径 r 的函数关系为：r2A A0e 2此中 A 0为光束截面中心的振幅；ω为一个与光束截面半径有关的参数； r 为光束截面半径。

由上式能够看出光束波面的振幅 A 呈高斯型函数散布，如图 8-1 所示，所以激光光束又称为高斯光束。

图 8-1 高斯光束截面当 r =ω时，A A0，说明高斯光束的名义截面半径ω是当振幅A降落到中心振e幅 A0的 1/e 时所对应的光束截面半径。

二、高斯光束的流传高斯光束的截面半径、波面曲率半径和位相因子是高斯光束流传中的三个重要参数。

1、高斯光束的截面半径高斯光束截面半径z 的表达式为：122z1z2从图 8-2 中能够看出，高斯光束在平均的透明介质中流传时，其光束截面半径 z 与 z 不行线性关系，而是一种非线性关系，这与齐心光束在平均介质中的流传完整不同。

图 8-2 高斯光束流传2、高斯光束的波面曲率半径高斯光束的波面曲率半径表达式为：2 2R z z 10 z高斯光束在流传过程中， 光束波面的的曲率半径由无量渐渐变小， 达到最小后又开始变大，直至达到无穷远时变为无量大。

3、高斯光束的位相因子高斯光束的位相因子表达式为：zzarctg2高斯光束的截面半径轨迹为一对双曲线，双曲线的渐近线能够表示高斯光束的远场发散程度，如图 8-3 所示。

图 8-3 高斯光束的发散角高斯光束的孔径角为：tg4、高斯光束流传的复参数表示假定有一个复参数 q z ，并令11 i2zq zR z当 z =0 时，得11 iq 0R 02因为R 0，2 所以 q 0 q 0i2 2z21 122把 R zz 1和 z1代入式z2 q zi2zR z得 q z q 0 z这与齐心球面光束沿 z 轴流传时，其表达式为 R R 0 z 有相同的表达形式。

第14章现代光学系统随着光学技术的不断发展，新的光源(激光)和接收器件(r}c})的出现，产生了许多新的光学系统，本章介绍几种现代光学系统。

14.1激光}o世纪初爱因斯坦根据量子理论曾预言可能出现一种新的光束。

moo年世界上第一台红宝石激光器问世，我国也丁1961年成功地研制了红宝石激光器和氦氖激光器，所以中国激光研究起步并不算晚。

1。

激光1)激光的特点激光与普通光源不同，它具有亮度高，方向性、单色性和相干性好等特性，这些特性是普通光源发出的光所达不到的。

(均激光的方向性以及高亮度。

任何一个光源总是有一个发光面，并通过发光面向外发光，如口光灯，它的发光面是涂有荧光物质的玻璃管，而接电源的两个端面并不向外发光。

由于光线是直线传播的，因此可用发光面上的每一点向发光方向画出的直线来代表该点发出的光线，并称两光线之间的最大夹角为该光源发出光的发散角2B，如图14-1(a)所示。

图中CAA与OE之间的夹角最大，故日光灯的发散角2B二1800。

而激光器则不同，由于它的发光面仅仅是一个端面h的一个圆光斑(以氦氖激光器为例，其光斑半径仅为十分之儿毫米)，所以激光器通过这一光斑向外发出的光的发散角2B 0. 18 0，如图14一1(b)仅为毫弧度数量级。

图14一1发散角图(a)2B=i80";(})2e=}. }s0t,激光束是在空问传播的圆锥光束，如图14一2所示。

可用立体角表示光束发射的情况。

面积为S的一块球面对Q点所张的立体角为。

，等于这块面积S一与球半径R的平方之比，即S田二R}而当9角很小时，其立体角为。

(B})2}2=zr6}当8=1}-3rad,}r=zrxl0-s。

这就是说，一般的激光器只向着数量级约为1} -}的}i_体角范围内输出激光光束。

由此可见，激光的方向性比普通光源发出的光好得多。

一个发光面积为dS的光源，在时间d…内向着法线方向上的立体角d。

范围内发射的辐射能量为d}，则光源表面在该方向卜的亮度L为d币dSd,}d}(14一1)L为单位面积的光源表面在其法线方向上的单位立体角范围内传输出的辐射功率。