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Thorlabs 那些令人費解的光學(xué)術(shù)語

來源:青島森泉光電有限公司   2022年09月07日 14:19  

那些令人費解的光學(xué)術(shù)語

原創(chuàng) trivial Thorlab 索雷博


Meta-Optics

如果說科技世界正在邁入元宇宙(meta-verse)時代,那么超材料(meta-material)也許是其中重要的一環(huán),而激光當(dāng)然是 bu 可 huo 缺 的,而這多虧了某些能級的亞穩(wěn)態(tài)(meta-stable)特性。


您看,英文一個meta就有這么多的中文變形(meta-morphosis),因此翻譯真是一門玄學(xué)(meta-physics)。


除了超材料或超透鏡,我們還常聽到:

 超快(ultra-fast)光學(xué)、超穩(wěn)(ultra-stable)激光

 超分辨(super-resolution)、chao 級 反射鏡(super-mirror)

 超光譜(hyper-spectroscopy)

 超現(xiàn)實主義(sur-realism)


您看,英文不同的前綴,中文一字譯之:超。

image.png
Thorlabs PDH超穩(wěn)激光裝置


Transverse vs. Lateral

這兩個詞都有橫向的意思,但從哪里橫是一個問題。引用Thorlabs正彎月透鏡應(yīng)用的英文描述:

…the transverse and lateral aberrations are greatly reduced.


雖然這句話的翻譯有點費勁,但對比圖示很容易看出哪兩個方向的像差大為減小。如果以光軸為參考,也許我們可以把transverse叫做橫向,而lateral叫做軸向或縱向?

image.pngimage.pngimage.png

單平凸透鏡 像差大              雙平凸透鏡 像差減小           平凸加彎月透鏡 像差繼續(xù)減小


但是,當(dāng)一個傾斜的玻璃片使光束產(chǎn)生lateral displacement時,我們也稱之為橫向位移。

image.png

image.png
光束橫向位移圖示和計算


橫模 vs. 縱模

 transverseradial mode為橫模

 longitudinal或axial mode為縱模


image.png
橫模與縱模


單模更多應(yīng)該是指單橫模,或者說單空間模式,而且通常滿足高斯分布。因此,單模激光器或單模光纖輸出衍射 ji 限 光束。


單模也可能指單縱模。單橫模不 yi 定 是單縱模,那單縱模 yi 定 是單橫模和單頻嗎?


分析復(fù)雜的橫模圖案,可使用CMOS相機式光束輪廓儀。分析精細的縱模結(jié)構(gòu),可使用共聚焦法布里珀 luo 干 涉儀。

image.pngimage.png

CMOS光束輪廓儀                      FPI光譜分析儀


M2 vs. Q

兩者都叫做質(zhì)量因子。


M2叫做光束質(zhì)量因子或傳播因子。M2等于光束參量積(BPP,束腰半徑與發(fā)散半角之積)與λ/π的比值,其中λ/π為相同波長的衍射 ji 限 光束參量積。因此,衍射 ji 限 光束的M2因子為1,這就是高斯光束。由于高階模的存在和不均勻增益導(dǎo)致的振幅和相位畸變等原因,激光光束將偏離高斯形狀。


但是,M2為什么有個2呢?


Quality叫做腔的質(zhì)量因子。共振腔要形成穩(wěn)定的振蕩,往返增益需大于損耗,而Q因子可定義為往返增益與往返損耗之比。因此,Q值越高損耗越小。Q開關(guān)激光器的本質(zhì)就是調(diào)制損耗和載流子反轉(zhuǎn)閾值。對于低Q值,由于高損耗和高閾值,即使激光材料中的能量和增益都很高也無法形成激光振蕩,所以載流子反轉(zhuǎn)閾值將遠高于普通激光器。恢復(fù)高Q值后,能量瞬間釋放,發(fā)射一個巨脈沖。


Emission vs. Radiation; Stimulated vs. Excited
LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation


借用周炳坤版激光原理1.3節(jié)的標(biāo)題:光的受激輻射放大。如果把of radiation譯為光的,內(nèi)心有 yi 波 黑體輻射在翻騰?;蛘?,我們把laser用作名詞,lase用作動詞,即產(chǎn)生激光的動態(tài)過程。這么一看,R好像可有可無了。


也許電子能夠理解這種復(fù)雜的心情:受泵浦光子激發(fā)(excited)后,它從基態(tài)上升到激發(fā)態(tài);受信號光子激發(fā)(stimulated)后,它從激發(fā)態(tài)回到了基態(tài)。同樣是受激,但電子經(jīng)歷了相反的躍遷過程。當(dāng)然,我們有了兩個信號光子,實現(xiàn)了受激輻射。


有人說,可見光是一個令人誤解的術(shù)語;因為光本身是不可見的,它只是讓一定的物體可見。在激光世界,光不僅僅是可見光,紫外、紅外甚至太赫茲等不可見光也是光。畢竟,人眼不可見的光,Thorlabs還有很多不同的探測器。


即使,
OPTICS = Our Personal Torture Is Crazily Severe


但是,
LASERS = Life Always Shines, Remember to Smile


光軸以及o光和e光

對于雙折射晶體或偏振光學(xué)元件,光軸(Optic Axis)是指折射率不同的某個軸。三維晶體有三個不同的折射率,如果一個折射率和其它兩個不同,這就是單軸晶體,而三個折射率都不同則為雙軸晶體。


對于單軸晶體,折射率不同的這個軸叫做晶體光軸。如果光的偏振方向平行于晶體光軸,它的折射率為ne。如果光的偏振方向平行于其它軸,它的折射率為no。如果ne大于no,晶體為正單軸,否則為負單軸。


通過晶體的光波方向可由波矢量k表示,這相當(dāng)于通常所說的光軸(Optical Axis)或傳播軸方向。如果光為線偏振且偏振方向垂直于傳播光軸和晶體光軸所在的平面,即kne所在的平面,那么它是ordinary ray,即尋常光(o光),偏振方向為Eord。如果光為線偏振且偏振方向平行于上述平面,那么它是extraordinary ray,即非尋常光(e光),偏振方向為Eext。

image.png

在上面的圖示中,di 一 和 di 二 圖展示了兩種 te 殊 情況,k分別與neno重合,第三圖則是任意角度。


不管傳播方向如何,o光的折射率總是no。e光的折射率處于none之間,取決于k和晶體光軸ne的夾角。e光的 you 效 折射率由下式計算:

image.png


光沿晶體光軸傳播時,o光和e光具有相同的折射率和速度。


非線性光學(xué)經(jīng)常提到某種Type的混頻晶體:

名稱

偏振(輸入/輸入/輸出)

Type-0

ooo, eee

Type-1

ooe, eeo

Type-2

oeo, oee, eoe, eoo


就像polarization在光學(xué)中可能叫偏振,但在電學(xué)中可能叫做極化,Poincaré在數(shù)學(xué)中有龐加萊猜想,但在偏振表示法中有邦加球。我們還可能遇見多個伯努利,但他們可能只是親戚而不是同一個人,而歐拉自己有一百多個術(shù)語使用他的名字。


Constant vs. Coefficient
法拉第旋轉(zhuǎn)器能使偏振不可逆(non-reciprocal)旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)角由下式確定:

β = V x B x d


其中V經(jīng)常被稱為維爾德常數(shù)(Verdet constant),但實際上,這個常數(shù)隨波長而變。因此,這個術(shù)語有點用詞不當(dāng),而維爾德系數(shù)(coefficient)才是更合理的名稱。


Reversal vs. Inversion

Reversed image, 左右相反像?

Inverted image, 上下倒立像?

Reversed and inverted image,旋轉(zhuǎn)180度

image.png
回射器(角錐)使圖像旋轉(zhuǎn)180度


戴珍珠耳環(huán)的少女

前不久提到了OCT在文物保護中的應(yīng)用,即研究人員使用Thorlabs高分辨率譜域OCT系統(tǒng)測量荷蘭名畫戴珍珠耳環(huán)的少女的表面高度。不過,這幅畫的英文名其實是Girl with a Pearl Earring,而一般人看到中文翻譯很難想到她其實只戴了一個耳環(huán)。在一本同名小說中,這一個耳環(huán)的描寫實在是精彩感人。


但據(jù)說,英文把 he 蘭 人Snel的名字拼錯了幾 bai 年。

image.png
OCT以 wu 創(chuàng) 成像采集3D亞表面信息


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