15-1 全息照相
1948年全息照相术诞生。
全息照相的优点：可以再现物体的立体形象。
普通照相 全息照相只记录物体所发光波的振幅 以干涉、衍射为基础的无透镜摄影，记录物体所发光波的振幅和位相
（ 全 部光信 息 ）
全息底片没有物体的影像，而是记录了物体所发光波的全部信息的干涉条纹。
一、全息照片的拍摄和再现记录物体上各点发出的光波的频率、振幅、位相物光和参考光在感光胶片处相干叠加、感光。
1、全息记录激光器反射镜分光镜 反射镜感光胶片参考光物光振幅不同使条纹变黑程度不同，
相位不同则使条纹的密度、形状各异。
相位的记录（参考光为平面波）
设 a,b为某相邻的两条暗纹参考光在 a,b两处相位相同物光在 a,b两处光程差为?
参考光
r
b
a
物光?d
dx
O
x
D
dxs i n
x
r
s i ndx
在 底片同一处,来自 物体上不同发光点 的点，由于它们的?或 r不相同,与参考光形成的 干涉条纹间距不同 。
底片上的干涉条纹间距及条纹走向反映了物体上各发光点的位置差别。
2、全息图像的观察用拍摄照片时所用的同一波长的照明光沿原参考方向照射底片，在照片背面向照片看就可看到物体。
底片上各处透射率不同（相当于衍射屏），照明光透射后发生衍射，衍射光波再现物光波。
照明光
r b
a
d
O?
1?
位置人眼
二、全息技术的应用
1、全息显微镜
2、全息信息储存
3、全息干涉计量拍摄全息照片，改变参考光束方向，可将不同物体摄在同一张底片上。
用短脉冲激光在一张底片上记录粒子的运动。
再现粒子的运动状态及瞬时分布。
再现时偏转照明光束，物体将互不干扰地显现。
两次曝光或连续曝光，可记录物体的微小、高速运动。
再现时得到多个相互交叠而略有差异的物体光波的像。
15-2 非线性光学简介一、非线性光学现象线性光学光与介质相互作用，入射光的电场强度比介质中原子内的场强小得多。
EEP 0
非线性光学强光入射介质时
32 EEEP
tc o sEtc o sEE 22121 20020
二、倍频和混频当激光与非线性介质作用，入射光通过介质后，
其 输出频率较入射频率有所变化,会出现倍频光、
和频光与差频光。
入射单色强光电场强度 tc o sEE?
0?
tc o sEtc o sEEEP 22002
)tc o s(Etc o sE 212
2
0
0
恒定电场 基频成分 倍频成分
][ 21212010 t)c o s (t)c o s (EE
入射两种不同频率的强光
tc o sEE 1101
)tc o sEtc o sE(P 220110
)tc o s(E)tc o s(E 22201210 21212121
和频成分 差频成分
tc o sEE 2202
21 EEE
介质除辐射直流、基频和倍频成分，还将辐射频率为和频与差频的光波，称为 光学混频 。
三、受激喇曼散射当光束在透明介质中传播时，如果介质的光学性质不均匀，就会出现部分光束偏离原来传播方向的现象，就叫 光的散射 。
弹性散射光与物质分子碰撞是弹性的，无能量交换。
入射光与散射光频率相同，
散射光强度与频率四次方成正比。
非弹性散射散射光频率与入射光频率不相同。
成分和成分，还有有原频率 )()( 000
射光频率无关。与物质性质有关，与入
四、光束自聚焦效应在强光作用下，介质的折射率不再是常数，
会随入射光强度增大而变大。
激光束在截面上强度分布不均匀，呈 高斯分布 。
非线性介质自聚焦现象入射激光 波面光强高斯分布
15-3 光纤通信通信是指将信息从一处传到另一处。
无线电通信 的载体是无线电波。
Hz~ 108 1010无线电载波频率为光纤通信（或激光通信） 是将声音、图像或其它信息调制到激光载波上发送出去。
Hz~ 1513 1010载波频率为激光通信分为：
地面大气通信、宇宙空间通信、光纤（缆）通信一、光导纤维用石英、玻璃或特制塑料拉成的柔软细丝，
直径在几微米到 120微米左右。
1、光纤的结构及传光原理由 玻璃纤芯,
包层 和 护套组成
纤芯包层玻璃纤维涂层尼龙外层
1mm100~200?m
光纤导光利用全反射定理。
0n
2n
1n?
0?
1
2
纤芯折射率为 n1
包层折射率为 n2
n1>n2
0n
2n
1n?
0?
1
2
光纤端面入射角?0?
包层界面入射角
（全反射临界角）c
（端面临界入射角）a0
光线将在纤芯和包层的界面上不断地产生全反射而向前传播。
2、光纤的分类光纤的折射率用光纤折射率剖面 n (r)表征引入纤芯、包层相对折射率差
1
21
2
1
2
2
2
1
2 n
nn
n
nn
普通光纤有两种：
阶跃型光纤 纤芯与包层间折射率的变化是 阶梯状 的。
)r(n
1n
2n
r
)r(n
1n
2n
r
梯度型光纤 纤芯与包层间折射率的变化是 渐变 的。
光纤中的射线光纤中的射线
3、光纤的数值孔径（ N.A.）
反映了光纤集光本领，数值孔径越大，集光本领越强。
2
2
2
1 nns i n a
0n
2n
1nc?
a?
a?2
r?
光纤的孔径角?a?2
.A.Nns i n a 21
1
2
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cc s i nc o s 21
2
1
2
2
2
1
2 n
nn
4、光纤的传输特性
（ 1）光纤的损耗特性指光纤每单位长度的衰减，
单位为分贝 /公里 (dB/km)。
吸收损耗物质本征吸收,物质固有的吸收。
有近红外的 8~12?m区域和紫外波段两个吸收频带。
光纤低损耗“窗口”为：
0.65~0.73?m,0.75~0.85?m,1.1~1.6?m。
杂质吸收 原子缺陷吸收散射损耗物质的本征散射,玻璃在加热过程中使物质密度不均匀，进而折射率不均匀，在冷却过程中被固定，折射率不均匀性将引起光的散射。
非线性效应引起的散射,物质在强大的电场作用下呈现非线性性，引起光的散射。
（ 2）光纤的色散特性与光孤子通信光的色散特性,使光脉冲信号通过光纤时，
在输出端光脉冲的响应会被拉长，出现脉冲失真。
光孤子通信,在单模光纤中，光强增加到一定程度时，将出现非线性效应，可与光纤中的色散相互补偿，从而得到无畸变的光脉冲传输。
二、光纤通信的工作原理直接检波系统,在发送端直接把信号调制到光波上，而在接受端用光电检波管直接把调制光波检波为原信号的系统。
电端机
(发送 )
光端机
(发送 )
电端机
(接收 )
光端机
(接收 )
LD管 PIN管光导纤维三、光纤通信的优势
1、通信容量大
2、传输距离远，能量损耗低是通常无线电通信容量的 104~105倍
3、重量轻、原材料丰富、铺设简便
4、抗干扰能力强，使用安全有能耗为 0.2dB/km以下的光纤四、光纤的其他应用照明、光合成、加工、供电、手术
