【正文】 L入射光Vdzy162。Ey162。x162。x162。兩個(gè)偏振分量，傳播距離L后 x162。面入射，且沿x軸方向振動(dòng)，它剛進(jìn)入晶體（x=0）即可分解為相互垂直的x162。 綜上所述，設(shè)一束線偏振光垂直于x162。即旋轉(zhuǎn)了90176。當(dāng)A1=A2時(shí)，其合成光就變成一個(gè)圓偏振光，相當(dāng)于一個(gè)“1/4波片”的作用。根據(jù)上述分析可知，一般情況下，出射的合成振動(dòng)是橢圓偏振光 ()當(dāng)晶體上未加電壓，(n= 0, 1, 2,…)， ()通過晶體后的合成光仍然是線偏振光，且與入射光的偏振方向一致，這種情況晶體相當(dāng)于一個(gè)“全波片”的作用。表示。Ey162。當(dāng)電光晶體和傳播的光波長確定后，相位差的變化僅取決于外加電壓，即只要改變電壓，就能使相位成比例地變化。L和ny162。方向的兩個(gè)垂直偏振分量。 當(dāng)入射沿x方向偏振，進(jìn)入晶體（z=0）后即分解為沿x162。也就是兩個(gè)分量的偏振方向，相應(yīng)的折射率為nx162。重合，x162。令（）式中 z=0，得到該橢圓的方程為 ()長、短半軸分別與x162。V入射光仍以KDP類晶體為例，沿晶體z軸加電場，光波沿z方向傳播。⑴ 縱向應(yīng)用x162。角，此轉(zhuǎn)角與外加電場的大小無關(guān)，其折射率變化與電場成正比，這是利用電光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)光調(diào)制、調(diào)Q、鎖模等技術(shù)的物理基礎(chǔ)。），當(dāng)a =45176。y162。xx162。得到晶體加外電場E后新的折射率橢球方程式 ()令外加電場的方向平行于z軸，即Ez=E，Ex=Ey=0，于是有 ()45176。 當(dāng)晶體施加電場后，其折射率橢球就發(fā)生“變形”，橢球方程變?yōu)? ()由于外電場，折射率橢球各系數(shù)(1/n2)隨之發(fā)生線性變化，其變化量可定義為 ()式中g(shù)ij稱為線性電光系數(shù)；i取值1，…，6；j取值1，2，3。1．電致折射率變化電光效應(yīng)的分析可用幾何圖形——折射率橢球體的方法，這種方法直觀、方便。對于一些晶體材料，當(dāng)上施加電場之后，將引起束縛電荷的重新分布，并可能導(dǎo)致離子晶格的微小形變，其結(jié)果將引起介電系數(shù)的變化，最終導(dǎo)致晶體折射率的變化，所以折射率成為外加電場E的函數(shù)，即 ()第一項(xiàng)稱為線性電光效應(yīng)或泡克耳（Pockels）效應(yīng)；第二項(xiàng)，稱為二次電光效應(yīng)或克爾（Kerr）效應(yīng)。⑶空間相位起伏如果不是用靶面接收，而是在透鏡的焦平面上接收，就會(huì)發(fā)現(xiàn)像點(diǎn)抖動(dòng)。107 m1/3/h，c值約為40mrad，不再按式變化，表明漂移亦有飽和效應(yīng)；漂移的頻譜一般不超過20Hz，其峰值在5Hz以下；漂移的統(tǒng)計(jì)分布服從正態(tài)分布。采用寬的光束可減小光束漂移。對于光束漂移，理論分析表明，其漂移角與光束在發(fā)射望遠(yuǎn)鏡出口處的束寬W0關(guān)系密切；漂移角的均方值。C/km時(shí)，c為負(fù)，光束向上彎曲。dT/dh189。如忽略濕度影響，在光頻段大氣折射率n可近似表示為 ()P為大氣壓強(qiáng)； T為大氣溫度（K）。光束彎曲漂移現(xiàn)象亦稱天文折射，主要受制于大氣折射率的起伏。⑵ 光束的彎曲和漂移接收平面上，光束中心的投射點(diǎn)（即光斑位置）以某個(gè)統(tǒng)計(jì)平均位置為中心，發(fā)生快速的隨機(jī)性跳動(dòng)（其頻率可由數(shù)赫到數(shù)十赫），此現(xiàn)象稱為光束漂移。在弱湍流且湍流強(qiáng)度均勻的條件下： ()可見，波長短，閃爍強(qiáng)，波長長，閃爍小。107m1/3⑴ 大氣閃爍光束強(qiáng)度在時(shí)間和空間上隨機(jī)起伏，光強(qiáng)忽大忽小，即所謂光束強(qiáng)度閃爍。109m1/3 中等湍流 Cn =4180。大氣速度、溫度、折射率的統(tǒng)計(jì)特性服從“2/3次方定律” ()i分別代表速度（v）、溫度（T）和折射率（n）；r為考察點(diǎn)之間的距離；Ci為相應(yīng)場的結(jié)構(gòu)常數(shù)，單位是m1/3。在近地面附近，l0通常是毫米量級，L0則是觀察點(diǎn)（如激光傳輸光路）離開地面高度。由于氣體的粘滯系數(shù)h 較小，所以氣體的運(yùn)動(dòng)多半為湍流運(yùn)動(dòng)。雷諾數(shù)Re是一個(gè)無量綱的數(shù)。2. 大氣湍流效應(yīng)在氣體或液體的某一容積內(nèi)，慣性力與此容積邊界上所受的粘滯力之比超過某一臨界值時(shí)，液體或氣體的有規(guī)則的層流運(yùn)動(dòng)就會(huì)失去其穩(wěn)定性而過渡到不規(guī)則的湍流運(yùn)動(dòng)，這一比值就是表示流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)特征的雷諾數(shù)Re： ()式中，r 為流體密度（kg/m3）；l為某一特征線度（m） Dvl為在 l量級距離上運(yùn)動(dòng)速度的變化量（m/s）；h 為流體粘滯系數(shù)（kg/m一些實(shí)驗(yàn)研究表明，激光在雪中的衰減與在雨中相似，衰減系數(shù)與降雪強(qiáng)度有較好的對應(yīng)關(guān)系。結(jié)果雨的衰減系數(shù)比霧小兩個(gè)數(shù)量級以上。雨天大氣中水的含量（1g/m3）為較濃霧（／m3）的10倍以上，可霧滴半徑（微米量級）僅是雨滴半徑（毫米量級）的千分之一左右，因此雨滴間隙要大得多，故能見度較霧高，光波容易通過。對于近紅外光。據(jù)氣象對能見度V（km）的定義可得 ()對于可見光，l/187。表22 霾、云和降水天氣的物理參數(shù)天氣類型N (cm3)amax (mm)氣溶膠類型霾M100 cm33海上或岸邊的氣溶膠霾L100 cm32大陸性氣溶膠霾H100 cm3高空或平流層的氣溶膠雨M100 cm33000小雨或中雨雨L1000 m32000大雨冰雹H10 m36000含有大量小顆粒的冰雹100 cm315積云或?qū)釉?、霧100 cm37有色環(huán)的云100 cm3貝母云100 cm3太陽周圍的雙層或三層環(huán)的云 ① 晴朗、霾、霧大氣的衰減根據(jù)朗伯定律，在大氣水平均勻條件下，考慮氣溶膠衰減，（）式改寫為 ()L為水平傳輸距離。米氏散射則主要依賴于散射粒子的尺寸、密度分布以及折射率特性，與波長的關(guān)系遠(yuǎn)不如瑞利散射強(qiáng)烈。由于這些微粒在大氣中的懸浮呈膠溶狀態(tài)，所以通常又稱為大氣氣溶膠。在晴朗天空，其他微粒很少，因此瑞利散射是主要的，又因?yàn)樗{(lán)光散射最強(qiáng)烈，故明朗的天空呈現(xiàn)藍(lán)色。波長越長，散射越弱；波長越短，散射越強(qiáng)烈。瑞利散射光的強(qiáng)度與波長的四次方成反比。表1 可見光和近紅外區(qū)主要吸收譜線吸收分子主要吸收譜線中心波長(mm)H2O CO2 O2 ⑵ 大氣分子散射大氣中總存在著局部的密度與平均密度統(tǒng)計(jì)性的偏離——密度起伏，破壞了大氣的光學(xué)均勻性，一部分光輻射光會(huì)向其他方向傳播，從而導(dǎo)致光在各個(gè)方向上的散射。在這些窗口之內(nèi)，大氣分子呈現(xiàn)弱吸收。表1中對某些特定的波長，大氣呈現(xiàn)出極為強(qiáng)烈的吸收，光波幾乎無法通過。只是在高空處，其余衰減因素都已很弱，才考慮它們吸收作用。因此，在可見光和近紅外區(qū)，一般不考慮其吸收作用。因此，分子的吸收特性強(qiáng)烈的依賴于光波的頻率。極性分子的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)一般有分子內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)、組成分子的原子振動(dòng)以及分子繞其質(zhì)量中心的轉(zhuǎn)動(dòng)組成。所以為了克服大氣分子內(nèi)部阻力要消耗能量，表現(xiàn)為大氣分子的吸收。二者之間的換算關(guān)系為b(dB/km)=180。對大氣衰減的研究可歸結(jié)為對上述四個(gè)基本衰減參數(shù)的研究。此描述大氣衰減的朗伯定律，表明光強(qiáng)隨傳輸距離的增加呈指數(shù)規(guī)律衰減。I)/I=bdl。dl圖2設(shè)強(qiáng)度為I的單色光輻射，通過厚度為dl的大氣薄層，如圖2所示。吸收和散射的總效果使傳輸光輻射強(qiáng)度的衰減。光波在大氣中傳播時(shí)，大氣氣體分子及氣溶膠的吸收和散散射會(huì)引起的光束能量衰減，空氣折射率不均勻會(huì)引起的光波的振幅和相位起伏；當(dāng)光波功率足夠大、持續(xù)時(shí)間極短時(shí)，非線性效應(yīng)也會(huì)影響光束的特性。EtEne1，m1，s1e2，m2，s2圖1 界面上電場的法向和切向分量在光學(xué)波段經(jīng)常遇到的情況是ss等于零，這時(shí)，界面兩側(cè)的切向分量以及的法向分量均連續(xù)。這時(shí)，求解麥克斯韋方程需要考慮邊界條件。3. 均勻介質(zhì)中的平面波和球面波對于各向同性的無吸收介質(zhì)，利用矢量恒等式，亥姆霍茲方程可改寫為 ()上式平面波解的一般形式為 ()球面波解的一般形式為 ()式中為波矢量，j0為初相。對于半導(dǎo)體，兩項(xiàng)都起重要作用。對導(dǎo)體，項(xiàng)起主要作用。1. 光輻射的波動(dòng)方程在無源（ρ=0）非磁性介質(zhì)中，運(yùn)用麥克斯韋方程并經(jīng)一系列數(shù)學(xué)運(yùn)算可以得到場量所滿足的微分方程 ()這就是光輻射普遍形式的波動(dòng)方程。2. 重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：光波在大氣、電光晶體、聲光晶體、磁光介質(zhì)、光纖波導(dǎo)、非線性介質(zhì)和水中的傳播特性難點(diǎn)：電光效應(yīng)、聲光效應(yīng)、非線性效應(yīng) 光輻射的電磁理論光輻射是電磁波，它服從電磁場基本規(guī)律。第二章 光輻射的傳播(講授10學(xué)時(shí)，自學(xué)8學(xué)時(shí)) 本章主要講授光輻射在電磁理論，以及其在各種介質(zhì)中的傳播規(guī)律與分析方法。由于色溫度是按規(guī)定的兩波長處的輻射比率來比較的，所以色溫度相同的熱輻射光源的連續(xù)譜也可能不相似，若規(guī)定的波長不同，色溫度往往也不相同。色溫度是指在規(guī)定兩波長處具有與熱輻射光源的輻射比率相同的黑體的溫度。斯忒藩玻爾茲曼定律表明黑體的輻射出射度只與黑體的溫度有關(guān)，而與黑體的其他性質(zhì)無關(guān)。當(dāng)很小時(shí)，可得到適合于短波長區(qū)的維恩公式 ()在區(qū)域內(nèi)，維恩公式與普朗克公式的誤差小于1%。⑶單色輻射出射度的峰值隨溫度的升高向短波方向移動(dòng)。因而溫度能唯一確定單色輻射出射度的光譜分布和輻射出射度（即曲線下的面積）。圖4為不同溫度條件下黑體的單色輻射出射度（輻射亮度）隨波長的變化曲線。3. 普朗克公式黑體處于溫度T時(shí)，在波長l 處的單色輻射出射度由普朗克公式給出 ()式中h為普朗克常數(shù)，c為真空中的光速，kB為波爾茲曼常數(shù)。2. 基爾霍夫輻射定律在同樣的溫度下，各種不同物體對相同波長的單色輻射出射度與單色吸收比之比值都相等，并等于該溫度下黑體對同一波長的單色輻射出射度。在波長l到l+dl范圍內(nèi)相應(yīng)的反射比稱為單色反射比，用表示。在波長l到l+dl范圍內(nèi)的吸收比稱為單色吸收比，用表示。當(dāng)輻射從外界入射到不透明的物體表面上時(shí)，一部分能量被吸收，另一部分能量從表面反射（如果物體是透明的，則還有一部分能量透射）。1. 單色吸收比和單色反射比。單色光視效率是Kl用Km歸一化的結(jié)果，其定義為 ()圖3 光譜光視效率曲線任何0K以上溫度的物體都會(huì)發(fā)射各種波長的電磁波，這種由于物體中的分子、原子受到熱激發(fā)而發(fā)射電磁波的現(xiàn)象稱為熱輻射。通過對標(biāo)準(zhǔn)光度觀察者的實(shí)驗(yàn)測定，在輻射頻率540180。描述某一波長的單色光輻射通量產(chǎn)生多少相應(yīng)的單色光通量。Iv dWMv=dFv/dS基本量Lv=dIv/(dScosq)Ev=dFv/dAlmsrW/m2光量光通量光出射度發(fā)光強(qiáng)度(光)亮度(光)照度QvFvMvIvLvEvQv=242。光度單位體系是反映視覺亮暗特性的光輻射計(jì)量單位，在光頻區(qū)域光度學(xué)的物理量可以用與輻度學(xué)的基本物理量對應(yīng)來表示，其定義完全一一對應(yīng)，其關(guān)系如表1所示。即 ()單位：（W/m2）。余弦輻射體的輻射出射度為 ()⑹輻射照度。符合上式規(guī)律的輻射體稱為余弦輻射體或朗伯體。顯然，一般輻射體的輻射強(qiáng)度與空間方向有關(guān)。米2（W/sr ()SqdFdSdW圖2 輻射亮度示意圖式中q是給定方向和輻射源面元法線間的夾角。輻射亮度為面輻射源在某一給定方向上的輻射通量。sr1）。輻射強(qiáng)度定義為：點(diǎn)輻射源在給定方向上發(fā)射的在單位立體角內(nèi)的輻射通量，用Ie表示，即 ()單位：瓦特定義為輻射體單位面積向半空間發(fā)射的輻射通量，即 ()單位：W/m2。⑶ 輻射出射度。⑵ 輻射通量。輻射能是以輻射形式發(fā)射或傳輸?shù)碾姶挪ǎㄖ饕缸贤?、可見光和紅外輻射）能量。光度單位體系中的物理量可對比理解。為了區(qū)別起見，在對應(yīng)的物理量符號(hào)標(biāo)角標(biāo)“e”表示輻射度物理量，角標(biāo)“v”表示光度物理量。光度學(xué)只適用于可見光波段。輻射度學(xué)適用于整個(gè)電磁波段。在輻射度單位體系中，輻通量（又稱為輻射功率）或者輻射能是基本量，是只與輻射客體有關(guān)的量。為了對光輻射進(jìn)行定量描述，需要引入計(jì)量光輻射的物理量。紅外輻射 ~1000mm的是紅外輻射。由于極遠(yuǎn)紫外在空氣中幾乎會(huì)被完全吸收，只能在真空中傳播，所以又稱為真空紫外輻射。紫外輻射 紫外輻射比紫光的波長更短，人眼看不見，波長范圍是1~390nm?？梢姽馐遣ㄩL在390~770nm范圍的光輻射，也是人視覺能感受到“光亮”的電磁波。波數(shù)的單位習(xí)慣用cm1。一般按輻射波長及人眼的生理視覺效應(yīng)將光輻射分成三部分