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课件•光学基础知识•透镜及其应用•光的色散与光谱目录•光的干涉与衍射•光学仪器与使用•光学实验与探究光学基础知识光是一种电磁波光的传播速度光的传播路径030201光的本质与传播光源与光线光源能够自行发光的物体称为光源。
如太阳、电灯等。
光线为了形象地表示光的传播路径和方向，我们通常用一条带箭头的直线来表示光线。
箭头指向表示光的传播方向。
光线的分类根据光源和光线的特点，可以将光线分为平行光线、发散光线和会聚光线等。
光的直线传播光沿直线传播的条件01光沿直线传播的现象02光沿直线传播的应用03光的反射与折射光的反射光的折射反射与折射的应用透镜及其应用透镜的种类与性质凸透镜凹透镜透镜的焦点和焦距凸透镜成像规律当物体为实物时，成正立、缩小的虚像，像和物在同一侧。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距（指绝对值）以内时，成正立、放大的实像，像与物在透镜的同侧。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距（指绝对值）时，成像于无穷远。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为一倍焦距以外两倍焦距以内（均指绝对值）时，成倒立、放大的虚像，像与物在透镜的异侧。
当物体为虚物，凹透镜到虚物的距离为两倍焦距（指绝对值）时，成与物体同样大小的虚像，在透镜异侧。
凹透镜成像规律老花眼镜利用凸透镜对光线的会聚作用制成的。
利用凹透镜对光线的发散作用制成的。
放大镜利用凸透镜成正立、放大的虚像的原理制成的。
照相机利用凸透镜成像规律中物距大投影仪立、放大的实像的原理制成的。
透镜在生活中的应用光的色散与光谱光的色散现象光的色散现象原理光的色散现象定义不同颜色的光在介质中的折射率不同，因此当复色光通过棱镜等介质时，会被分解为不同颜色的单色光。
光的色散现象实例光谱的分类根据产生方式不同，光谱可分为发射光谱、吸收光谱和反射光谱等。
光谱的概念光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案。
光谱的特点不同元素或化合物在特定条件下产生的光谱具有特征性，因此光谱分析在化学、物理等领域具有广泛应用。
光学混频过程嘿，咱今儿来聊聊光学混频过程。
你说这光学混频过程啊，就好像一场奇妙的魔法表演！想象一下，光就像一群调皮的小精灵，在各种奇妙的环境中跳跃、舞动。
而光学混频呢，就是让这些小精灵们相互碰撞、融合，产生出全新的奇妙效果。
在这个过程中，不同频率的光相互作用，就如同不同性格的小伙伴凑到一起，会发生意想不到的化学反应呢！有时候它们会和谐共处，有时候又会产生一些让人惊叹的变化。
你看啊，这就好比一场盛大的音乐会，各种乐器发出不同的声音，当它们交织在一起时，就能创造出美妙绝伦的乐章。
光学混频不也是这样嘛，不同频率的光共同演绎出独特的“光学乐章”。
而且啊，这个过程可复杂着呢！可不是随随便便就能搞定的。
这就像是搭积木，要想搭出一个漂亮又稳固的建筑，每一块积木都得放对位置，都得恰到好处。
光学混频也是如此，各种条件都得精准把握，稍有不慎，可能就达不到想要的效果啦。
咱再打个比方，光学混频过程就像是做菜，不同的食材、调料搭配在一起，要掌握好火候、时间，才能做出一道美味佳肴。
这可不是一件容易的事儿呀！它在很多领域都有着重要的应用呢！比如在通信领域，就像是为信息传递搭建了一条神奇的通道，让信息能够更加快速、准确地传递。
这多厉害呀！在科研中，光学混频过程更是帮助科学家们探索未知世界的有力工具。
就像一把神奇的钥匙，能打开一扇扇通往新知识的大门。
总之呢，光学混频过程是一个既神奇又重要的领域。
它充满了无限的可能和奥秘，等待着我们去深入探索、去发现。
这可不是随便说说的哟，你想想看，这么多科学家都在研究它，不就说明它的魅力有多大嘛！所以啊，可别小看了这个光学混频过程，它真的能给我们带来很多意想不到的惊喜呢！。
四波混频(Four-wave mixing) 现象产生的条件理论应用和危害定义：在量子力学术语中，一个或几个光波的光子被湮灭，同时产生了几个不同频率的新光子，且在此过程中，净能量和动量是守恒的。
起源：光纤中的三阶电极化率1、四波混频现象——理论描述22222*1111121112341234222222*2221222212342134222233313233122(2)22(2)22(222i kzi kzA A A i A i A CD A C A A A iC A A A e z t tA A A i A i CD A A A C A A iC A A A e z t tA A A i A i C A A A z t tαββγγαββγγαββγ−Δ−Δ∂∂∂++=−+++++∂∂∂∂∂∂++=−+++++∂∂∂∂∂∂++=−+++∂∂∂22*34312422222*44414244123441232)(2)22i kzi kzC A A iC A A A eA A A i A i A C A C A A A iC A A A e z t tγαββγγΔΔ++∂∂∂++=−+++++∂∂∂2、四波混频产生的条件1、非线性光纤2、输入一个或以上不同频率的光波（简并条件下两个光波）3、输入光波的强度较强4、能量守恒：ω1+ω2＝ω3+ω45、动量守恒：即满足相位匹配条件3、四波混频的理论方程•For FWM in DSF with not very long, we neglect the walk-offbetween the four waves and dispersion-induced pulse broaden, thus in Eq. (2) we have β11≈β12≈β13≈β14≡1/v g and β2j =0, where v g is the group velocity. Introducing a retarded frame in which T =t -z /v g , and decomposing the complex amplitude A j into their abosolute amplitudes and phases (j =1,2,3,4), eight equations with realvariables are obtained22222*1111121112341234222222*2221222212342134222233313233122(2)22(2)22(222i kzi kzA A A i A i A CD A C A A A iC A A A e z t t A A A i A i CD A A A C A A iC A A A e z t tA A A i A i C A A A z t tαββγγαββγγαββγ−Δ−Δ∂∂∂++=−+++++∂∂∂∂∂∂++=−+++++∂∂∂∂∂∂++=−+++∂∂∂22*34312422222*44414244123441232)(2)22i kzi kzC A A iC A A A e A A A i A i A C A C A A A iC A A A e z t tγαββγγΔΔ++∂∂∂++=−+++++∂∂∂FWMSelf phase modulation/ Cross phase modulation Fiber absorptionWalk-offGroup-velocity dispersion22222*1111121112341234222222*2221222212342134222233313233122(2)22(2)22(222i kzi kzA A A i A i A CD A C A A A iC A A A ez t tA A A i A i CD A A A C A A iC A A A e z t tA A A i A i C A A A z t tαββγγαββγγαββγ−Δ−Δ∂∂∂++=−+++++∂∂∂∂∂∂++=−+++++∂∂∂∂∂∂++=−+++∂∂∂22*34312422222*44414244123441232)(2)22i kzi kzC A A iC A A A e A A A i A i A C A C A A A iC A A A e z t tγαββγγΔΔ++∂∂∂++=−+++++∂∂∂Neglecting fiber absorption, walk-off between pulses, group-velocity dispersion (GVD)-induced pulse broadening:(,)exp()j j j A z T P i φ=2222*1123412342222*2123421342222*3123431242222*412344123(2)(2)(2)(2)i kz z i kzz i kzz i kz z A i A CD A C A A A iC A A A eA i CD A A A C A A iC A A A e A i C A A A Cd A A iC A A A eA i A C A Cd A A A iC A A A e γγγγγγγγ−Δ−ΔΔΔ∂=++++∂=++++∂=++++∂=++++相对相位1/2112341/211234123411/2212341/221234123421/2312342()sin (2)()cos /2()sin (2)()cos /2()sin z z zzz zzP C PP P P e z P CDP CP P e C PP P P e P z P C PP P P e z CDP P P CP e C PP P P e P z P C PP P P e z αααααααγθφγγθγθφγγθγ−−−−−−−∂=∂∂=++++∂∂=∂∂=++++∂∂=−∂1/231234123431/2412341/24123412344(2)()cos /2()sin (2)()cos /z zzz zCP P P CP e C PP P P e P z P C PP P P e z P CP CP P e C PP P P e P zαααααθφγγθγθφγγθ−−−−−∂=++++∂∂=−∂∂=++++∂1234(,)(,)(,)(,)(,)T z kz T z T z T z T z θφφφφ=Δ++−−Then from the 2nd , 4th , 6th , and 8th equations wecan obtain12341/2111112341234[(1)(1)] ()cos ()zzk CD C P CD C P P P e zC PP P P e P P P P ααθγγθ−−−−−−∂=Δ+−−+−−++∂++−−4、四波混频的应用及害处四波混频的应用四波混频的害处1.四波混频应用分类1PIA based on FWMP hase-inputSignal IdlerPump 1Pump 2PSA based on FWM 3P hase-s ensitive a mplification (PSA ): FWM with idler inputPump 1Pump 2Signal Idler1/21123412341(2)()cos /z z zP CDP CP P e C PP P P e P zααφγγθ−−∂∂=++++∂应用优势及挑战快速全光纤化……挑战？5(1) Wavelength conversion6(2) All-optical amplifier: PIA8(2) All-optical amplifier: PSAAmplifier with low noise-figure; Suppression of phase noise; Phase regeneration2. Applications of FWM(3) Optical phase conjugationEs ( z, t ) = As exp(−iωt )PumpEc ( z, t ) = As* exp(−iωt )Signal PumpPC signal9相位共轭系统又称频谱反转相位共轭器(OPC)Es ( z , t ) = As exp(−iωt )泵浦 共轭光 信号Ec ( z , t ) = As* exp(−iωt )泵浦5/18/20111利用相位共轭器的优点 仅利用一个器件就可以极大抑制多种非线性; 同时补偿偶数阶色散； 对调制格式、光纤种类透明； 已铺设好的系统易于升级.25/18/2011相位共轭 (OPC)的抑制原理相位共轭器(OPC)Es ( z , t ) = As exp(−iωt )Ec ( z , t ) = As* exp(−iωt )功率5/18/2011OPC功率对称系统：α(-z)= -α(z)3相位共轭技术抑制各种非线性损伤 1983年，脉冲自相位调制(SPM)； 1994年，信道间四波混频； 2004年，信道间交叉相位调制 信道内非线性作用…5/18/20114相位共轭实验的原理泵浦 信号ωω0 ω0+Ωω新生成的共轭光A = Ap + As exp(−iΩt )k输入：∂Ai* = −2iγ Pp As e iΔkz ∂z四波 混频+∞ k −1 i βk ( z) ⎛ ∂ ⎞ ∂A α 2 + A+∑ ⎜ ⎟ A = iγ A A k ! ⎝ ∂t ⎠ ∂z 2 k =2非线性克尔效应5/18/201152. Applications of FWM(4) All-optical regeneration102. Applications of FWM(5) Slow light112. Applications of FWM(5) Slow light4000 3000 延迟量 /ps 2000 1000 0 -1000 1540 SMF3.4ns15451550 波长 λ /nm15551560122. Applications of FWM(6) RZ pulse generationO-TDM switchAll-optical samplingAll-optical logic gateAll-optical switching 142. Applications of FWM Others。
