1. <rp id="b54kh"><object id="b54kh"><input id="b54kh"></input></object></rp>
      1. <dd id="b54kh"><center id="b54kh"></center></dd>

        1. <button id="b54kh"><acronym id="b54kh"><input id="b54kh"></input></acronym></button>

              <th id="b54kh"></th>

                1. eo_logo
                  • 選擇國家或地區
                  • ,您好! 我的帳戶
                  • cart   
                   
                  散射

                  散射

                  激光光學資源指南1.1.

                  光學元件的選擇需要特別注意元件基片的特性,尤其是對于激光應用而言。各種光學玻璃和晶體材料被用作光學元件的基片。了解這些材料的特性以及在制造過程中可能出現的缺陷將確保您為您的應用選擇正確的光學元件?;囊恍┖诵奶匦匀缟⑸?、熱吸收性能、均勻性和表面下損傷等關鍵特性將顯著影響光學元件的基片選擇。

                  散射是光通過光介質傳播時,光的相位速度或相位延遲與光頻率或波長等其他參數的關系。激光光學基片內可以發生幾種不同類型的散射:色散(圖 1)、模間色散和偏振模色散1。

                  >圖 1: UV 級熔融石英的折射率與波長有關
                  圖 1: UV 級熔融石英的折射率與波長有關

                  折射率是真空中光速與光波在空氣或玻璃等介質中的速度之比。在脈沖激光應用中,光通常用頻率來描述,因為時間通常更關鍵,光的頻率是一個固定值,而它的波長取決于它的折射率范圍。波長 $ \small{\left( \lambda \right)} $ 與角頻率 $ \small{\left( \omega \right)} $、折射率 $ \small{\left( n \right)} $ 和光速 $ \small{\left( c \right)} $ 相關,其計算公式為:

                  (1)$$ \lambda = \frac{2 \pi \, c}{\omega \, n} $$

                  材料的折射率通常用 Selmeier 公式和材料常數 $\small{B_1}$、$\small{B_2}$、$\small{B_3}$、$\small{C_1}$、$\small{C_2}$ 及$\small{C_3}$ 來描述:

                  (2)$$ n^2 \! \left( \lambda \right) - 1 = \frac{B_1 \, \lambda ^2}{\lambda ^2 - C_1 } + \frac{B_2 \lambda^2}{\lambda^2 - C_2} + \frac{B_3 \lambda^2}{\lambda ^2 -C_3} $$

                  色散是光在介質中的相位速度 $\small{\nu _p}$ 與其波長的關系,結果大多來自光與媒介電子之間的相互作用。色散由色散系數(圖 2)描述,該系數對應于折射率對 $ \small{\lambda} $  的一階偏導數,部分色散對應于折射率對波長的二階導數。


                  圖 2: 色散圖表顯示普通玻璃類型的折射率及其色散系數。CTE(熱膨脹系數)在光學材料的熱性能這一章有詳細論述。

                  色散系數的計算公式為:

                  (3)$$ V_D = \frac{n_D - 1}{n_F - n_C} $$

                  $\small{n_D} $、$\small{n_F} $ 和 $\small{n_C} $ 是 Fraunhofer D- $ \small{\left( 589.3 \text{nm} \right)} $、F- $ \small{\left( 486.1 \text{nm} \right)} $ 和 C- $ \small{\left( 656.3 \text{nm} \right)} $譜線波長上的基片折射率。材料的色散系數也可以用折射率對波長的導數來描述:

                  (4)$$ V_{\lambda} = -\frac{1}{2} \left(n - 1 \right) \frac{\text{d} n}{\text{d} \lambda} $$

                  激光應用的主要問題是色散如何影響激光脈沖在介質中傳播的特性,它由群速度 $ \small{\nu _ g} $ 描述,即光在介質中的相位速度相對于其波數的變化:

                  (5)$$ \nu _g = \left( \frac{\partial k}{\partial \omega} \right)^{-1} = c \left[ \frac{\partial}{\partial \omega} \left( \omega n \! \left( \omega \right) \right) \right] ^{-1} = \frac{c}{n \! \left( \omega \right) + \omega \frac{\partial n}{\partial \omega}} = \frac{c}{n_g \! \left( \omega \right)} $$

                  波數 $ \small{k} $ 是 $ \tfrac{2 \pi}{\lambda} $,這一概念有時也被稱為光譜相。當多個波長的光通過一種材料時,由于頻率(或波長)與群速度的關系,較長的波長(低頻)的傳播速度通常略快于較短的波長。2這會造成波前相位的光譜變化,就像光通過棱鏡時,由于材料光譜色散被分解成其組分顏色一樣。由于群速度是相速度對頻率的一階導數,群速度色散 $ \small{\left( \text{GVD} \right)} $ 為逆群速度對頻率的導數:

                  (6)$$ \text{GVD} = \frac{\partial}{\partial \omega} \left( \frac{1}{\nu _g} \right) = \frac{\partial}{\partial \omega} \left( \frac{\partial k}{ \partial \omega} \right) = \frac{\partial ^2 k}{\partial \omega ^2} $$

                  正如群速度類似于光譜色散一樣,它們都對應于折射率隨波長或頻率的一階導數,$ \small{ \text{GVD} } $ 的用法與部分色散類似,因為它們都是波長或頻率的二階導數。設計低 $ \small{ \text{GVD} } $的光學器件與設計具有優秀消色性能的光學元件類似,只是它的重點在于群速度和 $ \small{ \text{GVD} } $上,而不是相關色散系數和部分色散。

                  $ \small{ \text{GVD} } $高度依賴波長,典型單位為 $ \tfrac{\text{fs}^2}{\text{mm}} $。例如,熔融石英在 589.3nm波長下的 $ \small{ \text{GVD} } $為 $ +57 \tfrac{\text{fs}^2}{\text{mm}} $,在 $ \small{1500 \text{nm}} $ 波長下為 $ -26 \tfrac{\text{fs}^2}{\text{mm}} $。這兩個波長之間(約 $ \small{1.3 \text{μm}})$  有一個零色散波長,它的 $ \small{ \text{GVD} } $ 是零。圖 3顯示熔融石英的 $\small{ \text{GVD}}$ 和波長。對于光纖通信,$ \small{ \text{GVD} } $通常定義為相對于波長而不是頻率的導數,通常以 $ \tfrac{\text{ps}}{\left( \text{nm} \, \text{km} \right)} $ 為單位指定。

                  >圖 3: 零色散波長約為 1.3μm 的熔融石英的 GVD 與波長
                  圖 3: 零色散波長約為 $ \small{ 1.3 \text{ μm}}$ 的熔融石英的 $ \small{ \text{GVD} } $與波長

                  圖 3可以看出, $ \small{ \text{GVD} } $ 隨波長的變化非常明顯。對于持續時間在 $ \small{30 \text{fs}} $以下的短激光脈沖來說,這可能很容易出問題,因為短脈沖具有固有的寬波長光譜。色散也可能使光學表面的折射角與頻率有關,從而造成角度色散和與頻率相關的路徑長度。這會顯著影響超快激光系統等寬帶系統。

                  模間色散取決于光在波導(如多模光纖)中的群速度、光的頻率和傳播模式。2在多模態光纖通信系統中,這會嚴重限制可實現的數據傳輸速率或比特速率。通過使用具有拋物線折射率剖面的單模光纖或多模光纖可以防止模間色散。

                  偏振模態色散是光在介質中的傳播特性與偏振狀態的關系,在高數據速率單模光纖系統中具有重要意義。這三種類型的色散都可能導致超短脈沖在自由空間或光纖中的瞬時展寬或壓縮,這可能導致單獨的脈沖混合在一起,變得無法識別(圖 4)。

                  >圖 4: 色散會導致激光脈沖沿著光纖向下傳播,直到它們變得無法識別
                  圖 4:  色散會導致激光脈沖沿著光纖向下傳播,直到它們變得無法識別


                  參考文獻

                  1 Paschotta, Rüdiger. Encyclopedia of Laser Physics and Technology, RP Photonics, October 2017, www.rp-photonics.com/encyclopedia.html.

                  2 Ghatak, Ajoy, and K. Thyagarajan. “Optical Waveguides and Fibers.” University of Connecticut, 2000.

                  本內容對您是否有用?
                   
                  銷售和技術專家咨詢電話
                   
                  或查看各區域電話
                  一鍵式
                  報價工具
                  只需輸入商品編號
                  ×
                  亚洲日韩在线中文字幕线路2区_唐人社美国十次啦导航_免费a级毛片无码a∨_亲子乱子伦视频播放