四网合一光分路器箱但利用衍射光栅可以做到这一点。衍射光栅分为反射光栅和透射光栅两种,平行排列的大量等距等宽的狭缝就构成了平面透射光栅。透光的宽度为a,不透光的宽度为b,则d=(a+b)称为光栅常数。一般光栅常数的数量级均为105~10-6m,每毫米内有几十条乃(a)透射光栅(b)反射光栅至上千条刻痕。光栅是近代物理实验中时常用到的一种重要光学元件,主要用来分光而形成光谱。波分解复用器也可以利用光栅制作。所有缝对应点发出的光线到P点时都满足干涉加强的条件,因而在P点处形成明条纹。一般来说,光栅上每单位长度的狭缝条数很多,光栅常数(a+b)很小,各级明条纹的位置分得很开。光栅上狭缝愈多,透射光束愈强,因此所得条纹也愈亮。

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　　所以光栅衍射条纹具有又法细、又亮、又疏的特点,可以用衍射光栅精确地测定光波的波长,也可以把不同波长的入射光烈地分开。3.光的散射当光通过介质时,偏离原来的方向而向四周传播,这种现象称为光的散射如果由于某些原因使介质的光学的均匀性遭到破坏,那么就出现了散射光。使介质的光学均匀性遭到破坏的原因是各种各样的,一种可能是在空间存在一些小质点,如烟、雾、灰尘等,它们使光产生散射;也可能是介质中分子密度产生起伏而引起折射率起伏,从而导致光的散射;还有一种可能是由各向异性引起的光的散射。与光的吸收完全类似,当光通过介质时由于光的散射,也会使透射光强减弱。线性散射如果散射光的频率等于入射光的频率,散射时没有新频率的光产生,这类散射称为线性散射。

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　　瑞利散射和米氏散射都属于线性散射。散射粒子大小在0.1~0.2以下的光的散射,称为瑞利散射或分子散射;如果散射粒子大小和光波长入同量级或者更大,称为米氏散射。通过大量实验研究得出,瑞利散射特点之一是散射光强Ⅰ与入射光波长A的四次方成反比,即Ioc/A(2-4-7)这就是的瑞利散射定律。利用瑞利散射定律可以解释许多日常的自然现象,如天空为什么是蓝的?旭日和夕阳为什么是红的?因为按照瑞利散射定律,白光中的短波成分(蓝紫光)遭到的散射比长波成分(红黄色)强烈得多,因此天是蓝的。旭日和夕阳呈红色,是由于白光中的短波成分被更多地散射掉了,透过大气散射光的光中剩余较多的自然是长波成分了。米氏散射的主要特点是:散射光强随波长的关系已不是与入射光波长A的四次方成反比了,而是与入的较低级次成反比,因此散射光强与波长的关系就没有瑞利散射显著了;散射光强度的角分布也随r/而变,和瑞利散射相比,其前向散射加强,后向散射减弱。

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　　2)非线性散射如果散射光中除了入射光的频率或谱线之外,还有新频率的光或新谱线产生,这类散射称为非线性散射。喇曼散射和布里渊散射都属于非线性散射散射光中除与入射光的原有频率a。相同的瑞利散射线外,谱线两侧还有频率为o±士an,…等的散射线存在,这种现象称为喇曼散射它的主要特点如下:(1)在每条原始入射谱线(频率为00)两旁都伴有频率差o(=1,2,…)相等的散射谱线,在长波一侧的(频率为a-01)称为红伴线或斯托克斯线;在短波一侧的(频率为+a)称为紫伴线或反斯托克斯线。专(2)频率差(=1,2…)与人射光的频率∞无关,它们与散射物质的红外吸收频率对应,表征了散射物质的分子振动频率。布里渊散射是声波对光的散射,如果入射光束的频率为a,声波的频率为as,那么,由布里渊散射会产生a士as这一新频率的光。

　　由于激光的光强非常高,还出现了受激喇曼散射和受激布里渊散射等非线性效应。2.5激光原理激光是受激辐射光放大,在英语中laser(激光)是由Lightamplificationbystimulatedemissionofradiation中5个词的个字母缩写而成1917年从理论上预言存在着原子受激辐射光的可能性。直到1960年梅曼研制成了台激光器—红宝石激光器,从此以后,激光技术的发展及应用突飞猛进。它不仅引起了现代光学技术的巨大变革,还带动了全息光学、非线性光学、激光光谱学等学科的迅速发展。工业技术产生历史性的跨越。1.自发辐射、受激辐射和受激吸收光与物质的作用本质上就是光与原子的相互作用,这种相互作用有三个主要过程:自发辐射、受激辐射和受激吸收。

　　1)自发辐射原子具有一系列分立的能级,当处于激发态的原子是不稳定的,它们在激发态停留时间一般都非常短,大约为108s。在没有任何外界的作用情况下,原子也可以从激发态跃迁到基态。这种情况下的跃迁可分为两类:一类跃迁过程是通过碰撞转移能量,不发射电磁波,称为无辐射跃迁。另外一类在跃迁中释放的能量是以光辐射的形式放出,称为自发辐射,如自发辐射的光子在位相、偏振状态以及传播方向上都没有确定的关系。于大量原子所以自发辐射的光,其单色性、相干性和方向性都很差。普通光源发光就属于自发辐射。处于基态的原子,如果受到一个能量为hy的光子的作用,原子吸收了光子的能量,从基受激吸收。2.激光的形成通常情况下,发生受激辐射的概率很小,光放大不能持续下去。

　　要使受激辐射胜过受激吸收而占优势,必须使高能级粒子数N2大于低能级粒子数N1。显然,这相当于把热平衡时的正常分布反转过来,这样的一种分布称为粒子数反转分布,实现粒子数反转分布是产生激光的必要条因此构成一个激光器需要如下三个要素,如图2-5-5所示。1)激光工作物质激光工作物质是能够实现粒子数反转分布的物质,也称为介质或增益介质。并非所有的物质都能实现粒子数反转,如果要实现粒子数反转分布,激光工作物质必须有合适的能级结构。亚稳态在实现粒子数反转时起着十分重要的作用。亚稳态的能级平均寿命可以达到10-以上的激发态,它远远大于一般激发态能级寿命(约为10s)。要实现粒子数反转,还必须从外界输入能量,使工作物质中有尽可能多的粒子吸收能量激励后从低能级跃迁到高能级上去。

　　这一过程称为激励,也称为抽运或泵浦。当激励强度足够大时,便可在一对激光能级之间实现粒子数反转。激励的方法一般有光激励、放电激励、化学激励、热能激励、核能激励等。3)光学谐振腔仅仅有激光工作物质和激励是不够的,因为光放大M需要一定的空间,而激光工作物质的大小又十分有限,部分反射镜解决这个矛盾,通常在激光工作物质两端放置互相平行全反射镜的反射镜,这个腔体叫作光学谐振腔光学谐振腔的一个端面为全反射镜,在理想的情况下反射率应该是100%,而为了让激光输出,另一个端面是部分反射镜的,反射率的大小取决于工作物质增益的大小。一般地讲,两反射面可以是平面,也可以是球面。具备适当的光学谐振腔,从原理上就可以产生光振荡。

　　但实际上,随着光振荡的获得,光能量的损耗也随之出现。造成损耗的原因很多,主要有光在谐光束的作用振腔镜面上的吸收、散射、透射和衍射输出等,另外,工作物质的不均匀引起的散射和折射,使光偏离原来的传播方向逸出腔外而造成损耗。这些都应尽力避免或减少。光放大作用能够抵消这些损耗的总和,则光振荡才能持续。这个条光学谐振腔还具有选频作用。因为在介质内部来自自发辐射的初始光信号是无规件称为激光器的阈值条件则的,在其激励下发生的受激辐射是随机的,所辐射的光的位相、频率和传播方向等是互不相关的。要产生激光,必须选择传播方向和频率一定的某一光信号优先放大,而将其他方向和频率的光信号加以抑制。激光的模式输出激光的影响因素有光学谐振腔的腔长L的影响,光学谐振腔反射镜的大小和形的影响,分别称为纵性和横性。

　　光纤损耗特性的分析为了减小光纤的损耗,人们需要对引起光纤损耗的原因加以分析。引起光纤损耗的原因很多,种因素与光纤材料有关,主要有吸收损耗和散射损耗;第二种因素与光纤的几何形状有关,光纤使用过程中,弯曲不可避免,在弯曲到一定的曲率半径时,就会产生辐射损耗。1)吸收损耗光纤材料的吸收损耗主要包括本征吸收损耗、杂质吸收损耗和原子缺陷吸收损耗。(1)本征吸收损耗是构成光纤的石英材料本身所固有的,主要有两种基本吸收方式紫外吸收和红外吸收。紫外吸收是光纤材料组成的原子系统中,一些处于低能级的电子会吸收光波能量而跃迁到高能级状态,这种吸收的中心波长在紫外的0.16m处,吸收峰很强,其尾巴延伸到光纤通信波段。

　　在长波长区则小得多,约0.05dB/km。大红外吸收是石英材料的SiO键因振动吸收能量,造成损耗,产生波长为9.1gm、12.5m和21pm的三个谐振吸峰,其吸收拖尾延伸至1.5~1.7gm,形成石英系光纤工作波长的工作上限。(2)杂质吸收损耗:光纤中的有害杂质很多,主要有过渡金属离子和OH离子两大类。光纤材料中的金属杂质,如V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co等,它们的电子结构产生0.51.1pm的边带吸收峰(0.5~1.1m)而造成损耗。现在由于工艺的改进,可以减小金属杂质浓度至小程度,因此它们的影响已经很小。OH离子吸收损耗,在石英光纤中,OH键的基本谐振波长为2.73m,与Si-O键的相互影响,在光纤的传输频带内产生一系列的吸收峰,影响较大的是在1.39m、1.24pm及0.95m波长上,在峰之间的低损耗区构成了光纤通信的三个窗口。