В.А. Комоцкий
ОСНОВЫ КОГЕРЕНТНОЙ
ОПТИКИ И ГОЛОГРАФИИ
Конспект лекций
Москва
Российский университет дружбы народов
2011 <...> В.А. Комоцкий
ОСНОВЫ КОГЕРЕНТНОЙ
ОПТИКИ И ГОЛОГРАФИИ
Конспект лекций
Москва
Российский университет дружбы народов
2011
1
УДК 53.082.5:534.23
ББК 32.86
К 63
Утверждено
РИС Ученого совета
Российского университета
дружбы народов
Рецензент–
доктор физико-математических наук, профессор В.В. Шевченко
Комоцкий В.А. <...> Курс лекций «Когерентная оптика и голография» предназначен
для студентов старших курсов специальности «Радиофизика и электроника». <...> В первом разделе рассмотрено представление оптического сигнала в
виде пространственного спектра, анализируются пространственные спектры
при дифракции оптической волны на амплитудных и фазовых периодических
дифракционных решетках, эффективность дифракции, преобразование модуляции волнового фронта при движении волны в пространстве. <...> В третьем разделе дано краткое описание дифракционного интеграла, его применения для анализа системы транспарант – тонкая линза. <...> В четвертом разделе изложен принцип записи и восстановления голограмм на примере схемы с наклонным опорным пучком. <...> ISBN 978-5-209-03627-2
© Комоцкий В.А., 2011
© Российский университет дружбы народов, Издательство, 2011
2
Раздел I
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СПЕКТРЫ
И ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЧАСТОТЫ <...> Плоская волна
При исследовании распространения и дифракции когерентных световых волн нередко пользуются моделью плоской электромагнитной волны. <...> (1.1)
где a0 − амплитуда волны; ω = 2π f − круговая частота
световых колебаний; f − частота световых колебаний;
k = x0 k x + y0 k y + z0 k z − волновой вектор; k x ,k y ,k z − компоненты волнового вектора по направлениям координат x, y, z. <...> Следует заметить, что в выражении (1.1) амплитуда
волны записана как скалярная величина, в то время как
обычно в электродинамике амплитуду волны выражают че
рез напряженность поля Ε − величину векторную. <...> Практически при записи уравнений плоской волны
− iωt
и оперируют <...>
_Основы_когерентной_оптики_и_голографии.pdf
В.А. Комоцкий
ОСНОВЫ КОГЕРЕНТНОЙ
ОПТИКИ И ГОЛОГРАФИИ
Конспект лекций
Москва
Российский университет дружбы народов
2011
Стр.2
В.А. Комоцкий
ОСНОВЫ КОГЕРЕНТНОЙ
ОПТИКИ И ГОЛОГРАФИИ
Конспект лекций
Москва
Российский университет дружбы народов
2011
1
Стр.3
УДК 53.082.5:534.23
ББК 32.86
К 63
Реце нзе н т –
доктор физико-математических наук, профессор В.В. Шевченко
Комоцкий В.А.
К 63 Основы когерентной оптики и голографии: Конспект лекций. – М.:
РУДН, 2011. – 164 с.: ил.
Курс лекций «Когерентная оптика и голография» предназначен
для студентов старших курсов специальности «Радиофизика и электроника».
Рекомендуется изучать материал этого курса после изучения курса математического
анализа и классического курса оптики.
В первом разделе рассмотрено представление оптического сигнала в
виде пространственного спектра, анализируются пространственные спектры
при дифракции оптической волны на амплитудных и фазовых периодических
дифракционных решетках, эффективность дифракции, преобразование модуляции
волнового фронта при движении волны в пространстве.
Во втором разделе рассмотрена интерференция двух плоских волн,
кратко описан принцип интерферометрии. Обсуждается понятие когерентности
волн, связь временной когерентности с шириной спектральной линии.
В третьем разделе дано краткое описание дифракционного интеграла,
его применения для анализа системы транспарант – тонкая линза. Рассмотрены
практические схемы пространственной фильтрации и фазового
контраста, некоторые схемы оптической обработки сигналов.
В четвертом разделе изложен принцип записи и восстановления голограмм
на примере схемы с наклонным опорным пучком. Рассмотрена схема
Фурье голографии, а также простейшая схема распознавания образов.
В пятом разделе рассмотрены некоторые специфические задачи оптического
зондирования поверхностных волн.
Данный конспект следует рассматривать как некоторую начальную
ступень, которая поможет преодолеть трудности при дальнейшем углубленном
изучении специальной литературы, статей, монографий в областях науки,
связанных с когерентной оптикой и голографией.
ISBN 978-5-209-03627-2
© Комоцкий В.А., 2011
© Российский университет дружбы народов, Издательство, 2011
2
У т в е р ж д е н о
РИС Ученого совета
Российского университета
дружбы народов
Стр.4
Раздел I
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ СПЕКТРЫ
И ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЧАСТОТЫ
1.1. Плоская волна
При исследовании распространения и дифракции когерентных
световых волн нередко пользуются моделью плоской
электромагнитной волны. Плоская волна − это простейшая
когерентная волна. Она может быть описана следующим
выражением:
it kr
где
aa e
0
== ,
xy z
() ()
00
−−
a e e
a − амплитуда волны;
kx k y k z k=+ +
0
−it i k x k y+k z
+
(1.1)
= 2 f − круговая частота
световых колебаний; f − частота световых колебаний;
00
x yz
ненты волнового вектора по направлениям координат x, y, z.
Модуль волнового вектора:
k 2
=
рез напряженность поля
, где
− длина волны
когерентного света.
Следует заметить, что в выражении (1.1) амплитуда
волны записана как скалярная величина, в то время как
обычно в электродинамике амплитуду волны выражают че−
величину векторную. Скалярная
запись зачастую используется при анализе тех систем
когерентной оптики, в которых распространение света происходит
в изотропной среде и поляризация света при прохождении
волны через оптическую систему не меняется.
Практически при записи уравнений плоской волны
обычно опускают множитель it− и оперируют с той частью
формулы (1.1), которая не зависит от времени,
e
3
x yz− волновой вектор; k,k ,k − компоω
ωπ
πλ
ω
λ
Ε
ω
Стр.5
ОГЛАВЛЕНИЕ
Раздел 1. Пространственные спектры и пространственные
частоты ......................................................................................3
Раздел 2. Интерференция, принципы
интерферометрии ...................................................................61
Раздел 3. Дифракционный интеграл, анализ оптической схемы,
состоящей из транспаранта и линзы .............................76
Раздел 4. Основы голографии ............................................104
Раздел 5. Применение теории пространственных спектров
для анализа схем оптического зондирования поверхностных
акустических волн .............................................................131
Описание и программа курса ............................................162
161
Стр.163