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535 Lumière, phénomènes de l'infrarouge et de l'ultraviolet optiqueOuvrages de la bibliothèque en indexation 535.2
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Titre : Extreme nonlinear optics : an introduction Type de document : texte imprimé Auteurs : Martin Wegener, Auteur Editeur : Berlin : Springer Année de publication : 2005 Collection : Advanced texts in physics, ISSN 1439-2674 Importance : 1 vol (223 p.) Présentation : ill. Format : 24 cm ISBN/ISSN/EAN : 978-3-540-22291-0 Note générale : Notes bibliogr. p. [209]-217. Index Langues : Anglais (eng) Catégories : Physique Mots-clés : Optique
Optique non linéaireIndex. décimale : 535.2 Optique physique (optique cohérente et non linéaire) Résumé :
Après la naissance du laser en 1960, le domaine de "l'optique non linéaire" a rapidement émergé.
Aujourd'hui, les intensités laser et les durées des impulsions sont facilement disponibles, pour lesquelles les concepts et les approximations de l'optique non linéaire traditionnelle ne s'appliquent plus. Dans ce régime de "l'optique non linéaire extrême", une grande variété d'effets nouveaux et inhabituels apparaissent, par exemple le doublement de la fréquence dans les matériaux symétriques à inversion ou la génération d'harmoniques élevés dans les gaz, ce qui peut conduire à des impulsions électromagnétiques ou des trains d'impulsions attosecondes. D'autres exemples d '"optique non linéaire extrême" couvrent divers domaines tels que la physique de l'état solide, la physique atomique, les électrons libres relativistes dans le vide et même le vide lui-même.
Ce livre commence par une introduction au domaine basée principalement sur des extensions de deux exemples de manuels célèbres, à savoir le modèle d'oscillateur de Lorentz et le modèle de Drude. Ici, le niveau de sophistication devrait être accessible à tout étudiant de premier cycle en physique. De nombreuses illustrations graphiques et exemples sont donnés. Les chapitres suivants guident progressivement l’élève vers l’état actuel de l’art et donnent un aperçu complet du domaine. Chaque chapitre est accompagné d'exercices visant à approfondir la compréhension du lecteur sur des sujets importants, avec des solutions détaillées à la fin du livre.Note de contenu :
Sommaire
1. Introduction
2. Selected Aspects of Few-Cycle Laser Pulses and Nonlinear Optics
3. The Lorentz Oscillator Model and Beyond …
4. The Drude Free-Electron Model and Beyond …
5. Lorentz Becomes Drude: Bound—Unbound Transitions
6. Accounting for Propagation Effects
7. Extreme Nonlinear Optics of Semiconductors and Isolators
8. Extreme Nonlinear Optics of Atoms and Electrons
Côte titre : Fs/2677-2678 Extreme nonlinear optics : an introduction [texte imprimé] / Martin Wegener, Auteur . - Berlin : Springer, 2005 . - 1 vol (223 p.) : ill. ; 24 cm. - (Advanced texts in physics, ISSN 1439-2674) .
ISBN : 978-3-540-22291-0
Notes bibliogr. p. [209]-217. Index
Langues : Anglais (eng)
Catégories : Physique Mots-clés : Optique
Optique non linéaireIndex. décimale : 535.2 Optique physique (optique cohérente et non linéaire) Résumé :
Après la naissance du laser en 1960, le domaine de "l'optique non linéaire" a rapidement émergé.
Aujourd'hui, les intensités laser et les durées des impulsions sont facilement disponibles, pour lesquelles les concepts et les approximations de l'optique non linéaire traditionnelle ne s'appliquent plus. Dans ce régime de "l'optique non linéaire extrême", une grande variété d'effets nouveaux et inhabituels apparaissent, par exemple le doublement de la fréquence dans les matériaux symétriques à inversion ou la génération d'harmoniques élevés dans les gaz, ce qui peut conduire à des impulsions électromagnétiques ou des trains d'impulsions attosecondes. D'autres exemples d '"optique non linéaire extrême" couvrent divers domaines tels que la physique de l'état solide, la physique atomique, les électrons libres relativistes dans le vide et même le vide lui-même.
Ce livre commence par une introduction au domaine basée principalement sur des extensions de deux exemples de manuels célèbres, à savoir le modèle d'oscillateur de Lorentz et le modèle de Drude. Ici, le niveau de sophistication devrait être accessible à tout étudiant de premier cycle en physique. De nombreuses illustrations graphiques et exemples sont donnés. Les chapitres suivants guident progressivement l’élève vers l’état actuel de l’art et donnent un aperçu complet du domaine. Chaque chapitre est accompagné d'exercices visant à approfondir la compréhension du lecteur sur des sujets importants, avec des solutions détaillées à la fin du livre.Note de contenu :
Sommaire
1. Introduction
2. Selected Aspects of Few-Cycle Laser Pulses and Nonlinear Optics
3. The Lorentz Oscillator Model and Beyond …
4. The Drude Free-Electron Model and Beyond …
5. Lorentz Becomes Drude: Bound—Unbound Transitions
6. Accounting for Propagation Effects
7. Extreme Nonlinear Optics of Semiconductors and Isolators
8. Extreme Nonlinear Optics of Atoms and Electrons
Côte titre : Fs/2677-2678 Exemplaires (2)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité Fs/2678 Fs/2677-2678 Livre Bibliothéque des sciences Anglais Disponible
DisponibleFs/2677 Fs/2677-2678 Livre Bibliothéque des sciences Anglais Disponible
Disponible
Titre : Nonlinear optics :Basic concepts Type de document : texte imprimé Auteurs : MILLS,D.L. Editeur : Berlin : Springer Année de publication : 1998 Importance : 1 vol (263 p.) Format : 24 cm ISBN/ISSN/EAN : 978-3-540-64182-7 Catégories : Physique Mots-clés : Optique non linéaire
Mécanique quantiqueIndex. décimale : 535.2 Optique physique (optique cohérente et non linéaire) Résumé :
Destiné aux lecteurs ayant une formation en théorie électromagnétique classique, ce livre développe les principes de base qui sous-tendent les phénomènes optiques non linéaires dans la matière. Il commence par une discussion sur la propagation des ondes linéaires dans les milieux dispersifs, passe ensuite à des non-linéarités faibles qui peuvent être discutées de manière perturbatrice, puis examine de puissants effets non linéaires (solitons, chaos). L'accent est mis sur la description macroscopique des phénomènes non linéaires, dans un cadre semi-classique. Deux nouveaux chapitres couvrent l’optique de surface et les phénomènes magnéto-optiques. Le livre s'adresse à l'étudiant ou au chercheur qui n'est pas spécialiste en optique mais qui a besoin d'une introduction aux concepts principaux.Note de contenu :
Sommaire
1. Introductory Remarks.- Problems.-
2. Linear Dielectric Response of Matter.-
2.1 Frequency Dependence of the Dielectric Tensor.-
2.2 Wave Vector Dependence of the Dielectric Tensor.-
2.3 Electromagnetic Waves in Anisotropic Dielectrics.- Problems.-
3. Nonlinear Dielectric Response of Matter.-
3.1 Frequency Variation of the Nonlinear Susceptibilities.-
3.2 Wave Vector Dependence of the Nonlinear Susceptibilities.-
3.3 Remarks on the Order of Magnitude of the Nonlinear Susceptibilities.- Problems.-
4. Basic Principles of Nonlinear Wave Interactions: Second Harmonic Generation and Four Wave Mixing.-
4.1 Perturbation Theoretic Analysis of Second-Harmonic Generation.-
4.2 Methods of Achieving the Phase Matching Condition.-
4.3 Evolution of the Second-Harmonic Wave under Phase Matched Conditions.-
4.4 Other Examples of Nonlinear Wave Interactions.-
4.4.1 Four Wave Mixing Spectroscopy.-
4.4.2 Optical Phase Conjugation.- Problems.-
5. Inelastic Scattering of Light from Matter: Stimulated Raman and Brillouin Scattering.-
5.1 Quantum Theory of Raman Scattering.-
5.2 Stimulated Raman Effect.-
5.3 Contribution to Four Wave Mixing from the Raman Nonlinearity.-
5.4 Brillouin Scattering of Light.- Problems.-
6. Interaction of Atoms with Nearly Resonant Fields: Self-Induced Transparency.-
6.1 Description of the Wave Function under Near Resonant Conditions.-
6.2 Bloch Equations: Power Broadening and Saturation Effects in Absorption Spectra.-
6.3 Self-Induced Transparency.-
6.4 Area Theorem.-
6.5 Sine-Gordon Equation.- Problems.-
7. Self-Interaction Effects in One-Dimensional Wave Propagation: Solitons in Optical Fibers and in Periodic Structures.-
7.1 Normal Modes of Optical Fibers.-
7.2 Nonlinear Schroedinger Equation.-
7.3 Linear Theory of Pulse Propagation in a Dispersive Medium: Application to Optical Fibers.-
7.4 Solitons and the Nonlinear Schroedinger Equation.-
7.5 Gap Solitons in Nonlinear Periodic Structures.- Problems.-
8. Nonlinear Optical Interactions at Surfaces and Interfaces.-
8.1 Second-Harmonic Generation from Surfaces; General Discussion.-
8.2 Nonlinear Optical Interactions at Surfaces and Interfaces; Examples.-
8.2.1 Second-Harmonic Generation from Clean Crystal Surfaces.-
8.2.2 Second-Harmonic Generation from Adsorbate Layers on Surfaces.-
8.2.3 The Generation of Sum Frequencies from Adsorbates on Surfaces.-
8.3 Resonant Enhancement of Electromagnetic Fields Near Surfaces and Interfaces and Their Role in Surface Nonlinear Optics.-
8.3.1 Resonant Enhancement of Electric Fields Near Small Conducting Spheres.-
8.3.2 Resonant Response of a Slightly Roughened Surface to Electromagnetic Fields; The Role of Surface Polaritons.-
8.3.3 Resonant Enhancement of Electromagnetic Fields Near Rough Surfaces of Conducting Media.-
8.4 Experimental Studies of Surface Enhanced Nonlinear Optical Interactions.- Problems.-
9. Optical Interactions in Magnetic Materials.-
9.1 Introductory Remarks.-
9.2 Electromagnetic Wave Propagation in Ferromagnetic Materials; Faraday Rotation and the Cotton-Mouton Effect.-
9.2.1 Propagation Parallel to the Magnetization; Faraday Rotation and the Kerr Effect.-
9.2.2 Propagation Perpendicular to Magnetization; the Cotton-Mouton Effect.-
9.2.3 Final Remarks.-
9.3 Second-Harmonic Generation from Magnetic Materials; Surface Effects.-
9.4 Dynamic Response of the Magnetization and the Origin of Nonlinear Magnetooptic Interactions.-
9.4.1 General Remarks.-
9.4.2 Collective Excitations (Spin Waves) in Magnetic Materials; Ferromagnets as an Example.-
9.4.3 Surface Spin Waves on Ferromagnetic Surface; the Damon-Eshbach Mode and Non Reciprocal Propagation on Magnetic Surfaces.-
9.5 Nonlinear Interaction of Light with Spin Waves in Ferromagnets.-
9.5.1 Brillouin Scattering of Light by Thermally Excited Spin Waves.-
9.5.2 Nonlinear Mixing of Light with Macroscopic Spin Waves; the Magneto-optic Bragg Cell as an Example.- Problems.-
10. Chaos.
10.1 Duffing Oscillator: Transition to Chaos.-
10.2 Routes to Chaos.-
10.3 Experimental Observations of Chaos in Optical Systems.- Problems.- Appendix A: Structure of the Wave Vector and Frequency Dependent Dielectric Tensor.- Appendix B: Aspects of the Sine-Gordon Equation.- Appendix C: Structure of the Electromagnetic Green's Functions.- References.Côte titre : Fs/0265 Nonlinear optics :Basic concepts [texte imprimé] / MILLS,D.L. . - Berlin : Springer, 1998 . - 1 vol (263 p.) ; 24 cm.
ISBN : 978-3-540-64182-7
Catégories : Physique Mots-clés : Optique non linéaire
Mécanique quantiqueIndex. décimale : 535.2 Optique physique (optique cohérente et non linéaire) Résumé :
Destiné aux lecteurs ayant une formation en théorie électromagnétique classique, ce livre développe les principes de base qui sous-tendent les phénomènes optiques non linéaires dans la matière. Il commence par une discussion sur la propagation des ondes linéaires dans les milieux dispersifs, passe ensuite à des non-linéarités faibles qui peuvent être discutées de manière perturbatrice, puis examine de puissants effets non linéaires (solitons, chaos). L'accent est mis sur la description macroscopique des phénomènes non linéaires, dans un cadre semi-classique. Deux nouveaux chapitres couvrent l’optique de surface et les phénomènes magnéto-optiques. Le livre s'adresse à l'étudiant ou au chercheur qui n'est pas spécialiste en optique mais qui a besoin d'une introduction aux concepts principaux.Note de contenu :
Sommaire
1. Introductory Remarks.- Problems.-
2. Linear Dielectric Response of Matter.-
2.1 Frequency Dependence of the Dielectric Tensor.-
2.2 Wave Vector Dependence of the Dielectric Tensor.-
2.3 Electromagnetic Waves in Anisotropic Dielectrics.- Problems.-
3. Nonlinear Dielectric Response of Matter.-
3.1 Frequency Variation of the Nonlinear Susceptibilities.-
3.2 Wave Vector Dependence of the Nonlinear Susceptibilities.-
3.3 Remarks on the Order of Magnitude of the Nonlinear Susceptibilities.- Problems.-
4. Basic Principles of Nonlinear Wave Interactions: Second Harmonic Generation and Four Wave Mixing.-
4.1 Perturbation Theoretic Analysis of Second-Harmonic Generation.-
4.2 Methods of Achieving the Phase Matching Condition.-
4.3 Evolution of the Second-Harmonic Wave under Phase Matched Conditions.-
4.4 Other Examples of Nonlinear Wave Interactions.-
4.4.1 Four Wave Mixing Spectroscopy.-
4.4.2 Optical Phase Conjugation.- Problems.-
5. Inelastic Scattering of Light from Matter: Stimulated Raman and Brillouin Scattering.-
5.1 Quantum Theory of Raman Scattering.-
5.2 Stimulated Raman Effect.-
5.3 Contribution to Four Wave Mixing from the Raman Nonlinearity.-
5.4 Brillouin Scattering of Light.- Problems.-
6. Interaction of Atoms with Nearly Resonant Fields: Self-Induced Transparency.-
6.1 Description of the Wave Function under Near Resonant Conditions.-
6.2 Bloch Equations: Power Broadening and Saturation Effects in Absorption Spectra.-
6.3 Self-Induced Transparency.-
6.4 Area Theorem.-
6.5 Sine-Gordon Equation.- Problems.-
7. Self-Interaction Effects in One-Dimensional Wave Propagation: Solitons in Optical Fibers and in Periodic Structures.-
7.1 Normal Modes of Optical Fibers.-
7.2 Nonlinear Schroedinger Equation.-
7.3 Linear Theory of Pulse Propagation in a Dispersive Medium: Application to Optical Fibers.-
7.4 Solitons and the Nonlinear Schroedinger Equation.-
7.5 Gap Solitons in Nonlinear Periodic Structures.- Problems.-
8. Nonlinear Optical Interactions at Surfaces and Interfaces.-
8.1 Second-Harmonic Generation from Surfaces; General Discussion.-
8.2 Nonlinear Optical Interactions at Surfaces and Interfaces; Examples.-
8.2.1 Second-Harmonic Generation from Clean Crystal Surfaces.-
8.2.2 Second-Harmonic Generation from Adsorbate Layers on Surfaces.-
8.2.3 The Generation of Sum Frequencies from Adsorbates on Surfaces.-
8.3 Resonant Enhancement of Electromagnetic Fields Near Surfaces and Interfaces and Their Role in Surface Nonlinear Optics.-
8.3.1 Resonant Enhancement of Electric Fields Near Small Conducting Spheres.-
8.3.2 Resonant Response of a Slightly Roughened Surface to Electromagnetic Fields; The Role of Surface Polaritons.-
8.3.3 Resonant Enhancement of Electromagnetic Fields Near Rough Surfaces of Conducting Media.-
8.4 Experimental Studies of Surface Enhanced Nonlinear Optical Interactions.- Problems.-
9. Optical Interactions in Magnetic Materials.-
9.1 Introductory Remarks.-
9.2 Electromagnetic Wave Propagation in Ferromagnetic Materials; Faraday Rotation and the Cotton-Mouton Effect.-
9.2.1 Propagation Parallel to the Magnetization; Faraday Rotation and the Kerr Effect.-
9.2.2 Propagation Perpendicular to Magnetization; the Cotton-Mouton Effect.-
9.2.3 Final Remarks.-
9.3 Second-Harmonic Generation from Magnetic Materials; Surface Effects.-
9.4 Dynamic Response of the Magnetization and the Origin of Nonlinear Magnetooptic Interactions.-
9.4.1 General Remarks.-
9.4.2 Collective Excitations (Spin Waves) in Magnetic Materials; Ferromagnets as an Example.-
9.4.3 Surface Spin Waves on Ferromagnetic Surface; the Damon-Eshbach Mode and Non Reciprocal Propagation on Magnetic Surfaces.-
9.5 Nonlinear Interaction of Light with Spin Waves in Ferromagnets.-
9.5.1 Brillouin Scattering of Light by Thermally Excited Spin Waves.-
9.5.2 Nonlinear Mixing of Light with Macroscopic Spin Waves; the Magneto-optic Bragg Cell as an Example.- Problems.-
10. Chaos.
10.1 Duffing Oscillator: Transition to Chaos.-
10.2 Routes to Chaos.-
10.3 Experimental Observations of Chaos in Optical Systems.- Problems.- Appendix A: Structure of the Wave Vector and Frequency Dependent Dielectric Tensor.- Appendix B: Aspects of the Sine-Gordon Equation.- Appendix C: Structure of the Electromagnetic Green's Functions.- References.Côte titre : Fs/0265 Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité Fs/0265 Fs/0265 Livre Bibliothéque des sciences Français Disponible
Disponible
Titre de série : Ondes optiques, Volume 4 Titre : Vibrations, ondes et optique Type de document : texte imprimé Auteurs : Tamer Bécherrawy, Editeur : Paris : Hermes science publ.-Lavoisier Année de publication : 2008. Collection : Collection Sciences et technologies (Paris. 2004), ISSN 1952-2401. Importance : 1 vol. (511 p.) Présentation : ill., fig. Format : 24 cm. ISBN/ISSN/EAN : 978-2-7462-2121-5 Langues : Français (fre) Catégories : Physique Mots-clés : Optique physique Index. décimale : 535.2 Optique physique (optique cohérente et non linéaire) Résumé :
Ce quatrième volume de la série Vibrations, ondes et optique offre une étude complète de l'optique ondulatoire. Après un court rappel des principes de base de l'électromagnétisme et une introduction à l'effet laser, l'ouvrage traite en détail l'interférence et la diffraction de la lumière, la dispersion, la diffusion ainsi que la propagation dans les fibres optiques. Il analyse, d'une manière approfondie la polarisation, la propagation dans les milieux anisotropes et la spectroscopie et aborde les effets quantiques du rayonnement. Ondes optiques comporte plusieurs compléments et applications tels que l'étude de la cohérence, l'optique de Fourier ou l'interaction avec les atomes et les molécules. Didactique, cet ouvrage propose également un ensemble d'outils pédagogiques : exemples résolus, conseils pour la résolution des exercices posés, questions de réflexion et de nombreux exercices groupés par sections et classés par difficulté croissante, allant des simples applications à des exercices qui nécessitent une analyse poussée. Il s'adresse aux étudiants en licence de physique, aux élèves des classes préparatoires ainsi qu'aux candidats au CAPES et à l'agrégation.Côte titre : Fs/3611-3612 Ondes optiques, Volume 4. Vibrations, ondes et optique [texte imprimé] / Tamer Bécherrawy, . - Paris : Hermes science publ.-Lavoisier, 2008. . - 1 vol. (511 p.) : ill., fig. ; 24 cm.. - (Collection Sciences et technologies (Paris. 2004), ISSN 1952-2401.) .
ISBN : 978-2-7462-2121-5
Langues : Français (fre)
Catégories : Physique Mots-clés : Optique physique Index. décimale : 535.2 Optique physique (optique cohérente et non linéaire) Résumé :
Ce quatrième volume de la série Vibrations, ondes et optique offre une étude complète de l'optique ondulatoire. Après un court rappel des principes de base de l'électromagnétisme et une introduction à l'effet laser, l'ouvrage traite en détail l'interférence et la diffraction de la lumière, la dispersion, la diffusion ainsi que la propagation dans les fibres optiques. Il analyse, d'une manière approfondie la polarisation, la propagation dans les milieux anisotropes et la spectroscopie et aborde les effets quantiques du rayonnement. Ondes optiques comporte plusieurs compléments et applications tels que l'étude de la cohérence, l'optique de Fourier ou l'interaction avec les atomes et les molécules. Didactique, cet ouvrage propose également un ensemble d'outils pédagogiques : exemples résolus, conseils pour la résolution des exercices posés, questions de réflexion et de nombreux exercices groupés par sections et classés par difficulté croissante, allant des simples applications à des exercices qui nécessitent une analyse poussée. Il s'adresse aux étudiants en licence de physique, aux élèves des classes préparatoires ainsi qu'aux candidats au CAPES et à l'agrégation.Côte titre : Fs/3611-3612 Exemplaires (2)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité Fs/3611 Fs/3611-3612 Livre Bibliothéque des sciences Français Disponible
DisponibleFs/3612 Fs/3611-3612 Livre Bibliothéque des sciences Français Disponible
Disponible
Titre : Optics and lasers : including fibers and optical waveguides Type de document : texte imprimé Auteurs : Matt Young (1941-....), Auteur Mention d'édition : 5th completely revised and enlarged edition Editeur : Berlin : Springer Année de publication : 2000 Collection : Advanced texts in physics, ISSN 1439-2674 Importance : 1 vol. (498 p.) Présentation : ill., couv. ill. Format : 24 cm ISBN/ISSN/EAN : 978-3-540-65741-5 Catégories : Physique Mots-clés : Lasers
Guides d'ondes optiques
Fibres optiques
Optique
Optique intégrée
Cohérence (optique)
Guides d'ondes optiquesIndex. décimale : 535.2 Optique physique (optique cohérente et non linéaire) Résumé :
L'optique et les Lasers sont une introduction à l'ingénierie et à l'optique appliquée, y compris non seulement les rayons élémentaires et les ondes optiques, mais aussi les lasers, l'holographie, la copérence, les fibres et les guides d'ondes optiques. Il met l'accent sur les principes physiques, les applications et l'instrumentation. Ce sera très utile pour l'ingénieur en exercice ou le scientifique expérimental, l'étudiant diplômé ou le premier cycle avancé. Il contient plus que suffisamment de matériel pour sélectionner le noyau d'un cours optique d'introduction et suffisant pour former l'essentiel d'un cours plus avancé.Note de contenu :
1. Introduction .............................................. 1
2. Ray Optics ............................................... 5
2.1 Reflection and Refraction ................................ 5
2.1.1 Refraction ....................................... 5
2.1.2 Index of Refraction ............................... 6
2.1.3 Reflection ....................................... 6
2.1.4 Total Internal Reflection .......................... 7
2.1.5 Reflecting Prisms................................. 8
2.2 Imaging ............................................... 9
2.2.1 Spherical Surfaces ................................ 9
2.2.2 Object–Image Relationship . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.3 Use of the Sign Convention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.4 Lens Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.5 Classification of Lenses and Images . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.6 Spherical Mirrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.7 Thick Lenses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.8 Image Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.9 Magnification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.10 Newton’s Form of the Lens Equation. . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.11 Lagrange Invariant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.12 Aberrations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.13 Spherical Aberration of a Thin Lens . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3. Optical Instruments ...................................... 31
3.1 The Eye (as an Optical Instrument) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2 Basic Camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.1 Photographic Emulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.2 Sensitometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2.3 Resolving Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.4 Depth of Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3 Projection Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4 Magnifiying Glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
XIV Contents
3.5 Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.6 Scanning Confocal Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.6.1 Nipkow Disk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.7 Telescope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.7.1 Pupils and Stops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.7.2 Field Stop and Field Lens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.7.3 Terrestrial Telescopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.8 Resolving Power of Optical Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.8.1 Camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.8.2 Telescope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.8.3 Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.8.4 Condensers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.9 Near-Field Scanning Optical Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4. Light Sources and Detectors .............................. 65
4.1 Radiometry and Photometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.1.1 Radiometric Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.1.2 Photometric Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.1.3 Point Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.1.4 Extended Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.1.5 Diffuse Reflector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.1.6 Integrating Sphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.1.7 Image Illuminance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.1.8 Image Luminance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2 Light Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2.1 Blackbodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2.2 Color Temperature and Brightness Temperature . . . . . . 80
4.2.3 Line Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.2.4 Light-Emitting Diodes (LEDs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.3 Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3.1 Quantum Detectors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3.2 Thermal Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.3.3 Detector Performance Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5. Wave Optics .............................................. 101
5.1 Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.1.1 Electromagnetic Waves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.1.2 Complex-Exponential Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.2 Superposition of Waves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.2.1 Group Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.2.2 Group Index of Refraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.3 Interference by Division of Wavefront . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.3.1 Double-Slit Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Contents XV
5.3.2 Multiple-Slit Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.4 Interference by Division of Amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.4.1 Two-Beam Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.4.2 Multiple-Reflection Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.5 Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.5.1 Single-Slit Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.5.2 Interference by Finite Slits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.5.3 Fresnel Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.5.4 Far and Near Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.5.5 Babinet’s Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.5.6 Fermat’s Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.6 Coherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.6.1 Temporal Coherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.6.2 Spatial Coherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.6.3 Coherence of Thermal Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.6.4 Coherence of Microscope Illumination . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.7 Theoretical Resolution Limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.7.1 Two-Point Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.7.2 Coherent Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.7.3 Diffused, Coherent Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.7.4 Quasi-Thermal Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6. Interferometry and Related Areas ........................ 143
6.1 Diffraction Grating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.1.1 Blazing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.1.2 Chromatic Resolving Power. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.2 Michelson Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.2.1 Twyman–Green Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
6.2.2 Mach–Zehnder Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6.3 Fabry–Perot Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.3.1 Chromatic Resolving Power. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.3.2 Free Spectral Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
6.3.3 Confocal Fabry–Perot Interferometer. . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.4 Multilayer Mirrors and Interference Filters. . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.4.1 Quarter-Wave Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.4.2 Multilayer Mirrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
6.4.3 Interference Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
7. Holography and Image Processing ........................ 157
7.1 Holography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
7.1.1 Off-Axis Holography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.1.2 Zone-Plate Interpretation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
7.1.3 Amplitude and Phase Holograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
XVI Contents
7.1.4 Thick Holograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
7.2 Optical Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
7.2.1 Abbe Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
7.2.2 Fourier Series . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.2.3 Fourier-Transform Optics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
7.2.4 Spatial Filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
7.2.5 Phase Contrast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.2.6 Matched Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.2.7 Converging-Beam Optical Processor . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.3 Impulse Response and Transfer Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.3.1 Impulse Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.3.2 Edge Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.3.3 Impulse Response of the Scanning Confocal Microscope 185
7.3.4 Image Restoration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.3.5 Optical Transfer Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.3.6 Coherent Transfer Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.3.7 Diffraction-Limited Transfer Functions . . . . . . . . . . . . . . 190
7.3.8 MTF of Photographic Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
7.4 Digital Image Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
7.4.1 Video Camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
7.4.2 Single-Pixel Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
7.4.3 Cross-Correlation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
7.4.4 Video Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
7.4.5 Dimensional Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
8. Lasers .................................................... 207
8.1 Amplification of Light. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8.1.1 Optical Amplifier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
8.2 Optically Pumped Laser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.2.1 Rate Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
8.2.2 Output Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.2.3 Q-switched Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.2.4 Mode-Locked Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
8.3 Optical Resonators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.3.1 Axial Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.3.2 Transverse Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8.3.3 Gaussian Beams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
8.3.4 Stability Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.3.5 Coherence of Laser Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
8.4 Specific Laser Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
8.4.1 Ruby Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
8.4.2 Neodymium Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
8.4.3 Organic-Dye Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
8.4.4 Helium–Neon Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Contents XVII
8.4.5 Ion Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
8.4.6 CO2 Laser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
8.4.7 Other Gas Lasers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
8.4.8 Semiconductor Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
8.5 Laser Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
8.5.1 Sunglasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
9. Electromagnetic and Polarization Effects ................. 239
9.1 Reflection and Refraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.1.1 Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.1.2 Brewster’s Angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
9.1.3 Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
9.1.4 Interface between Two Dense Media . . . . . . . . . . . . . . . . 243
9.1.5 Internal Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
9.1.6 Phase Change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
9.1.7 Reflection from Metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
9.2 Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
9.2.1 Birefringence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
9.2.2 Wave Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
9.2.3 Glan–Thompson and Nicol Prisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
9.2.4 Dichroic Polarizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
9.2.5 Optical Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
9.2.6 Liquid Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
9.3 Nonlinear Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
9.3.1 Second-Harmonic Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.3.2 Phase Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.3.3 Optical Mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
9.4 Electro-optics, Magneto-optics, and Acousto-optics . . . . . . . . . 258
9.4.1 Kerr Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
9.4.2 Pockels Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
9.4.3 Electro-optic Light Modulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
9.4.4 Acousto-optic Beam Deflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
9.4.5 Faraday Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
10. Fibers and Optical Waveguides ........................... 265
10.1 Rays in Optical Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
10.2 Modes in Optical Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
10.2.1 Propagation Constant and Phase Velocity . . . . . . . . . . . 270
10.2.2 Prism Coupler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
10.2.3 Grating Coupler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
10.2.4 Modes in Circular Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
10.2.5 Number of Modes in a Waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
10.2.6 Single-Mode Waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
XVIII Contents
10.3 Graded-Index Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
10.3.1 Parabolic Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
10.3.2 Local Numerical Aperture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
10.3.3 Leaky Rays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
10.3.4 Restricted Launch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
10.3.5 Bending Loss and Mode Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
10.4 Connectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
10.4.1 Multimode Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
10.4.2 Single-Mode Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
10.4.3 Star Couplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
11. Optical-Fiber Measurements .............................. 293
11.1 Launching Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
11.1.1 Beam-Optics Launch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
11.1.2 Equilibrium Mode Simulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
11.1.3 Cladding-Mode Stripper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
11.2 Attenuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
11.2.1 Attenuation Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
11.3 Fiber Bandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
11.3.1 Distortion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
11.3.2 Material Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
11.3.3 Waveguide Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
11.3.4 Bandwidth Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
11.3.5 Coherence Length of the Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
11.4 Optical Time-Domain Reflectometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
11.5 Index Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
11.5.1 Transverse Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
11.5.2 Longitudinal Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
11.5.3 Near-Field Scanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
11.5.4 Refracted-Ray Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
11.5.5 Core-Diameter Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
11.6 Numerical Aperture of Multimode Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
11.7 Mode-Field Diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
12. Integrated Optics ......................................... 319
12.1 Optical Integrated Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
12.1.1 Channel or Strip Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
12.1.2 Ridge Waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
12.1.3 Branches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
12.1.4 Distributed-Feedback Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
12.1.5 Couplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
12.1.6 Modulators and Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
12.2 Planar Optical Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Contents XIX
12.2.1 Mode-Index Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
12.2.2 Luneburg Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
12.2.3 Geodesic Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
12.2.4 Gratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
12.2.5 Surface-Emitting Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
13. Solutions of Examples and Problems ...................... 345
Glossary ...................................................... 443
Suggested Reading Material .................................. 473
Subject Index ................................................ 481Optics and lasers : including fibers and optical waveguides [texte imprimé] / Matt Young (1941-....), Auteur . - 5th completely revised and enlarged edition . - Berlin : Springer, 2000 . - 1 vol. (498 p.) : ill., couv. ill. ; 24 cm. - (Advanced texts in physics, ISSN 1439-2674) .
ISBN : 978-3-540-65741-5
Catégories : Physique Mots-clés : Lasers
Guides d'ondes optiques
Fibres optiques
Optique
Optique intégrée
Cohérence (optique)
Guides d'ondes optiquesIndex. décimale : 535.2 Optique physique (optique cohérente et non linéaire) Résumé :
L'optique et les Lasers sont une introduction à l'ingénierie et à l'optique appliquée, y compris non seulement les rayons élémentaires et les ondes optiques, mais aussi les lasers, l'holographie, la copérence, les fibres et les guides d'ondes optiques. Il met l'accent sur les principes physiques, les applications et l'instrumentation. Ce sera très utile pour l'ingénieur en exercice ou le scientifique expérimental, l'étudiant diplômé ou le premier cycle avancé. Il contient plus que suffisamment de matériel pour sélectionner le noyau d'un cours optique d'introduction et suffisant pour former l'essentiel d'un cours plus avancé.Note de contenu :
1. Introduction .............................................. 1
2. Ray Optics ............................................... 5
2.1 Reflection and Refraction ................................ 5
2.1.1 Refraction ....................................... 5
2.1.2 Index of Refraction ............................... 6
2.1.3 Reflection ....................................... 6
2.1.4 Total Internal Reflection .......................... 7
2.1.5 Reflecting Prisms................................. 8
2.2 Imaging ............................................... 9
2.2.1 Spherical Surfaces ................................ 9
2.2.2 Object–Image Relationship . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2.3 Use of the Sign Convention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.4 Lens Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.5 Classification of Lenses and Images . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.6 Spherical Mirrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.7 Thick Lenses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.8 Image Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.9 Magnification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.10 Newton’s Form of the Lens Equation. . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.11 Lagrange Invariant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.12 Aberrations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.13 Spherical Aberration of a Thin Lens . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3. Optical Instruments ...................................... 31
3.1 The Eye (as an Optical Instrument) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2 Basic Camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.1 Photographic Emulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.2.2 Sensitometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.2.3 Resolving Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2.4 Depth of Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3 Projection Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4 Magnifiying Glass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
XIV Contents
3.5 Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.6 Scanning Confocal Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.6.1 Nipkow Disk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.7 Telescope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.7.1 Pupils and Stops . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.7.2 Field Stop and Field Lens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.7.3 Terrestrial Telescopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.8 Resolving Power of Optical Instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.8.1 Camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.8.2 Telescope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.8.3 Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.8.4 Condensers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.9 Near-Field Scanning Optical Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4. Light Sources and Detectors .............................. 65
4.1 Radiometry and Photometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.1.1 Radiometric Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.1.2 Photometric Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.1.3 Point Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.1.4 Extended Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.1.5 Diffuse Reflector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.1.6 Integrating Sphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.1.7 Image Illuminance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.1.8 Image Luminance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2 Light Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2.1 Blackbodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2.2 Color Temperature and Brightness Temperature . . . . . . 80
4.2.3 Line Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.2.4 Light-Emitting Diodes (LEDs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.3 Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3.1 Quantum Detectors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3.2 Thermal Detectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.3.3 Detector Performance Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5. Wave Optics .............................................. 101
5.1 Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.1.1 Electromagnetic Waves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.1.2 Complex-Exponential Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.2 Superposition of Waves. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.2.1 Group Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.2.2 Group Index of Refraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.3 Interference by Division of Wavefront . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.3.1 Double-Slit Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Contents XV
5.3.2 Multiple-Slit Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.4 Interference by Division of Amplitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.4.1 Two-Beam Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.4.2 Multiple-Reflection Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.5 Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.5.1 Single-Slit Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.5.2 Interference by Finite Slits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
5.5.3 Fresnel Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
5.5.4 Far and Near Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.5.5 Babinet’s Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.5.6 Fermat’s Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5.6 Coherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.6.1 Temporal Coherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
5.6.2 Spatial Coherence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.6.3 Coherence of Thermal Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.6.4 Coherence of Microscope Illumination . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.7 Theoretical Resolution Limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.7.1 Two-Point Resolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.7.2 Coherent Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
5.7.3 Diffused, Coherent Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.7.4 Quasi-Thermal Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
6. Interferometry and Related Areas ........................ 143
6.1 Diffraction Grating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6.1.1 Blazing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.1.2 Chromatic Resolving Power. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
6.2 Michelson Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
6.2.1 Twyman–Green Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
6.2.2 Mach–Zehnder Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
6.3 Fabry–Perot Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.3.1 Chromatic Resolving Power. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
6.3.2 Free Spectral Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
6.3.3 Confocal Fabry–Perot Interferometer. . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.4 Multilayer Mirrors and Interference Filters. . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.4.1 Quarter-Wave Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.4.2 Multilayer Mirrors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
6.4.3 Interference Filters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
7. Holography and Image Processing ........................ 157
7.1 Holography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
7.1.1 Off-Axis Holography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
7.1.2 Zone-Plate Interpretation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
7.1.3 Amplitude and Phase Holograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
XVI Contents
7.1.4 Thick Holograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
7.2 Optical Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
7.2.1 Abbe Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
7.2.2 Fourier Series . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.2.3 Fourier-Transform Optics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
7.2.4 Spatial Filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
7.2.5 Phase Contrast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.2.6 Matched Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.2.7 Converging-Beam Optical Processor . . . . . . . . . . . . . . . . 180
7.3 Impulse Response and Transfer Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.3.1 Impulse Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
7.3.2 Edge Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7.3.3 Impulse Response of the Scanning Confocal Microscope 185
7.3.4 Image Restoration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
7.3.5 Optical Transfer Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
7.3.6 Coherent Transfer Function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.3.7 Diffraction-Limited Transfer Functions . . . . . . . . . . . . . . 190
7.3.8 MTF of Photographic Films . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
7.4 Digital Image Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
7.4.1 Video Camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
7.4.2 Single-Pixel Operations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
7.4.3 Cross-Correlation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
7.4.4 Video Microscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
7.4.5 Dimensional Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
8. Lasers .................................................... 207
8.1 Amplification of Light. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8.1.1 Optical Amplifier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
8.2 Optically Pumped Laser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.2.1 Rate Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
8.2.2 Output Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.2.3 Q-switched Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
8.2.4 Mode-Locked Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
8.3 Optical Resonators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.3.1 Axial Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217
8.3.2 Transverse Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
8.3.3 Gaussian Beams. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
8.3.4 Stability Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
8.3.5 Coherence of Laser Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
8.4 Specific Laser Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
8.4.1 Ruby Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
8.4.2 Neodymium Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
8.4.3 Organic-Dye Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
8.4.4 Helium–Neon Laser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Contents XVII
8.4.5 Ion Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
8.4.6 CO2 Laser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
8.4.7 Other Gas Lasers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
8.4.8 Semiconductor Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
8.5 Laser Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
8.5.1 Sunglasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
9. Electromagnetic and Polarization Effects ................. 239
9.1 Reflection and Refraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.1.1 Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
9.1.2 Brewster’s Angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
9.1.3 Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
9.1.4 Interface between Two Dense Media . . . . . . . . . . . . . . . . 243
9.1.5 Internal Reflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
9.1.6 Phase Change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
9.1.7 Reflection from Metals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
9.2 Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
9.2.1 Birefringence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
9.2.2 Wave Plates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
9.2.3 Glan–Thompson and Nicol Prisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
9.2.4 Dichroic Polarizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
9.2.5 Optical Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
9.2.6 Liquid Crystals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
9.3 Nonlinear Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
9.3.1 Second-Harmonic Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.3.2 Phase Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
9.3.3 Optical Mixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
9.4 Electro-optics, Magneto-optics, and Acousto-optics . . . . . . . . . 258
9.4.1 Kerr Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
9.4.2 Pockels Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
9.4.3 Electro-optic Light Modulation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
9.4.4 Acousto-optic Beam Deflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
9.4.5 Faraday Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
10. Fibers and Optical Waveguides ........................... 265
10.1 Rays in Optical Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
10.2 Modes in Optical Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
10.2.1 Propagation Constant and Phase Velocity . . . . . . . . . . . 270
10.2.2 Prism Coupler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
10.2.3 Grating Coupler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
10.2.4 Modes in Circular Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
10.2.5 Number of Modes in a Waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
10.2.6 Single-Mode Waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
XVIII Contents
10.3 Graded-Index Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
10.3.1 Parabolic Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
10.3.2 Local Numerical Aperture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
10.3.3 Leaky Rays . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
10.3.4 Restricted Launch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
10.3.5 Bending Loss and Mode Coupling . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
10.4 Connectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
10.4.1 Multimode Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
10.4.2 Single-Mode Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
10.4.3 Star Couplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
11. Optical-Fiber Measurements .............................. 293
11.1 Launching Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
11.1.1 Beam-Optics Launch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
11.1.2 Equilibrium Mode Simulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
11.1.3 Cladding-Mode Stripper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
11.2 Attenuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
11.2.1 Attenuation Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
11.3 Fiber Bandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
11.3.1 Distortion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
11.3.2 Material Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
11.3.3 Waveguide Dispersion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
11.3.4 Bandwidth Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
11.3.5 Coherence Length of the Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
11.4 Optical Time-Domain Reflectometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
11.5 Index Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
11.5.1 Transverse Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
11.5.2 Longitudinal Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
11.5.3 Near-Field Scanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
11.5.4 Refracted-Ray Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308
11.5.5 Core-Diameter Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
11.6 Numerical Aperture of Multimode Fibers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
11.7 Mode-Field Diameter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
12. Integrated Optics ......................................... 319
12.1 Optical Integrated Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
12.1.1 Channel or Strip Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
12.1.2 Ridge Waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
12.1.3 Branches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323
12.1.4 Distributed-Feedback Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324
12.1.5 Couplers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
12.1.6 Modulators and Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
12.2 Planar Optical Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Contents XIX
12.2.1 Mode-Index Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
12.2.2 Luneburg Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
12.2.3 Geodesic Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
12.2.4 Gratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
12.2.5 Surface-Emitting Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
13. Solutions of Examples and Problems ...................... 345
Glossary ...................................................... 443
Suggested Reading Material .................................. 473
Subject Index ................................................ 481Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité Fs/0038 Fs/0038 Livre Bibliothéque des sciences Anglais Disponible
Disponible
Titre : Optique Type de document : texte imprimé Auteurs : Stéphane Glavan, Auteur Mention d'édition : 3e éd Editeur : Alger : OPU Année de publication : 1983 Collection : collection le cours de physique Importance : 1 vol. (171 p.) Présentation : ill. Format : 26 cm Langues : Français (fre) Catégories : Physique Mots-clés : Physique
OptiqueIndex. décimale : 535.2 Optique physique (optique cohérente et non linéaire) Note de contenu :
Sommaire
1- Lois fondamentales de l'optique geometrique
2- Systemes optiques
3- Elements d'optique geometrique
4- Lentilles epaisses et minces
5- Systemes centres dioptrique
6- Aberrations
7- L'oell
8- Loupe
9- Les coulaires
10- Microscopique
11- Interferences de la lumiere
12- La diffraction de la limiere
13- La polarisation de la lumiere
14- Les lasers
15- Optiques physiologique
Côte titre : Fs/18309 Optique [texte imprimé] / Stéphane Glavan, Auteur . - 3e éd . - Alger : OPU, 1983 . - 1 vol. (171 p.) : ill. ; 26 cm. - (collection le cours de physique) .
Langues : Français (fre)
Catégories : Physique Mots-clés : Physique
OptiqueIndex. décimale : 535.2 Optique physique (optique cohérente et non linéaire) Note de contenu :
Sommaire
1- Lois fondamentales de l'optique geometrique
2- Systemes optiques
3- Elements d'optique geometrique
4- Lentilles epaisses et minces
5- Systemes centres dioptrique
6- Aberrations
7- L'oell
8- Loupe
9- Les coulaires
10- Microscopique
11- Interferences de la lumiere
12- La diffraction de la limiere
13- La polarisation de la lumiere
14- Les lasers
15- Optiques physiologique
Côte titre : Fs/18309 Exemplaires (1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité Fs/18309 Fs/18309 livre Bibliothéque des sciences Français Disponible
DisponiblePermalinkPermalinkPermalinkL'optique non linéaire et ses matériaux
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