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2021-8-3 23:33| 发布者：optkt| 查看：1546| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍了5种有趣的光学现象和设备，包括结构光、Czerny-Turner结构光谱仪、TEM波、To-Can激光二极管、克尔透镜锁模和氦氖激光器。详细介绍了它们的基本构造、原理和应用领域。

各种形式的结构光

结构光来源于在空间和时间上“定制 ”光场的能力，空间是指对光场的振幅（强度）、相位（波前）和偏振的控制，时间是指对光场的时间和频谱的控制。

结构光已经逐渐发展成为光学领域中一种重要的工具，在成像、显微镜检测、激光材料加工以及光通信等众多领域中展现出巨大的应用前景。

基于象散谐振腔的万花筒激光器

产生自象散激光腔的多个厄米-高斯光束穿过圆柱透镜并相互叠加，以形成这些奇特的类似分形的结构光——万花筒模式。

典型的交叉光路的Czerny-Turner 结构光谱仪

1为SMA 905接头，用光纤将待测光束通过标准的SMA905接头接入光谱仪。

2为入射狭缝，狭缝就是成像系统中的“物”，通常为矩形，狭缝的宽度可选，较宽的狭缝允许更多的光子进入光学系统，即系统的光通量较大，但这是以损失分辨率为代价。典型的狭缝宽度在5um-200um之间，高度为1mm。

3为长通滤光片(可选)。

4为准直反射镜，将发散光束变为平行光束。

5为反射光栅，光栅作为色散元件：这是对光谱仪性能有决定性影响的元件，不同波长的光被衍射到空间不同的方向。光栅的参数包括刻线密度，闪耀角度等，都会影响到光谱仪的性能指标，包括分辨率，波长范围，光栅效率曲线等。

6为会聚反射镜，将光栅分光后不同波长狭缝的“像”汇聚到阵列探测器不同的像元上。每个像元会接收到波长范围很窄的光子(15 nm to0.02 nm，取决于光谱仪的结构)。

7为柱形汇聚透镜(可选)。

8阵列探测器，线阵探测器上的每一个象元的读出数据对应于一个特定的波长范围，在紫外，可见光，短波近红外波段，硅CCD是目前使用最多的探测器，其性价比最好，探测器本身的噪声对光谱仪信噪比的影响。只有在900nm-2500nm的近红外波段才使用InGaAs线列探测器。

9为线性可变滤光片阻挡高阶衍射光进入探测器。

10为探测器的石英玻璃窗口。

TEMode & TM Mode

T是transverse 的缩写，本意为“横向”。在模式中特指“与传输方向垂直的方向”。

TE波(即s波):在传播方向上有磁场分量但无电场分量,称为横电波。在平面光波导(封闭腔结构)中,电磁场分量有Ey, Hx, Hz,传播方向为z方向。

TM波(即p波):在传播方向上有电场分量而无磁场分量,称为横磁波。在平面光波导(封闭腔结构)中,电磁场分量有Hy, Ex, Ez,传播方向为z方向。

TEM波:在传播方向上没有电场和磁场分量,称为横电磁波。若激光在谐振腔中的传播方向为z方向,那么激光的电场和磁场将没有z方向的分量!实际的激光模式是准TEM模,即允许Ez、Hz分量的存在,但它们必须<<横向分量,因为较大的Ez意味着波矢方向偏离光轴较大,容易溢出腔外,所以损耗大,难于形成振荡。三者可以这样记忆:横电磁波就是电和磁都是横着的,横电波只有电场是横的,横磁波就只有磁场是横的。

三者可以这样记忆:横电磁波就是电和磁都是横着的,横电波只有电场是横的,横磁波就只有磁场是横的。

To-Can激光二极管（Laser Diode）的基本结构

激光二极管的像散

LD的像散是快轴和慢轴的焦点不重合的现象，它限制了将激光束聚焦到一个小光斑大小的能力，需要使用更加复杂的光学系统来对LD光束进行准直和聚焦。

克尔透镜锁模的基本原理

KLM的最基本结构是在克尔非线性增益介质前加一个光阑。由于克尔介质具有和强度相关的折射率，因此，光强越高，折射率越大，速度越慢。对于高斯光束，中心光强最高，所以边缘光速比中心更快，类似于光束通过平凸透镜形成自聚焦。如果在克尔介质前合适的距离处加一个光阑，高强度光束将紧密聚焦并通过光阑。从本质上讲，克尔增益介质加光阑就像快速可饱和吸收体一样调制损耗，在瞬时脉冲强度变大时损耗减小，从而实现锁模。

Si,Ge和InGaAs的吸收系数和穿透深度