Extreme nonlinear optics / Martin Wegener

Public ISBD 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 linéaire Index. 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 linéaire Index. 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

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Fs/2678	Fs/2677-2678	Livre	Bibliothéque des sciences	Anglais	Disponible Disponible
Fs/2677	Fs/2677-2678	Livre	Bibliothéque des sciences	Anglais	Disponible Disponible

Optics and lasers / Matt Young

Public ISBD 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 optiques Index. 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 ................................................ 481 Optics 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 optiques Index. 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 ................................................ 481

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Surface science / Kenjiro Oura

Public ISBD Titre : Surface science : an introduction Type de document : texte imprimé Auteurs : Kenjiro Oura (1941-....), Auteur ; V. G. Lifshits, Auteur ; A. A. Sarranin, Auteur ; A. V. Zotov, Auteur ; M. Katayama, Auteur Editeur : Berlin : Springer Année de publication : 2003 Collection : Advanced texts in physics, ISSN 1439-2674 Importance : 1 vol. (440 p.) Présentation : ill. Format : 25 cm ISBN/ISSN/EAN : 978-3-540-00545-2 Langues : Anglais (eng) Catégories : Physique Mots-clés : Science des surfaces Index. décimale : 530.4 États de la matière Résumé : Conçu comme un manuel pour les étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs en génie et en sciences physiques qui cherchent un aperçu général de la science de surface, ce livre fournit également le contexte nécessaire pour les chercheurs qui débutent dans le domaine. Il couvre tous les aspects les plus importants de la science des surfaces modernes, du fond expérimental et des bases cristallographiques aux techniques analytiques modernes et aux applications en couches minces et nanostructures. Tous les sujets sont présentés sous une forme concise et claire accessible à un débutant. Dans le même temps, la couverture est complète et à un niveau technique élevé, en mettant l'accent sur les principes physiques fondamentaux. De nombreux exemples, références, exercices pratiques et problèmes complètent ce traitement remarquablement complet, qui servira également d'excellente référence pour les chercheurs et les praticiens. Note de contenu : Sommaire 1. Introduction. - 2. Basics of Two-Dimensional Crystallography. - 3. Experimental Background. - 4. Surface Analysis I. Diffraction Methods. - 5. Surface Analysis II. Electron Spectroscopy Methods. - 6. Surface Analysis III. Probing Surfaces with Ions. - 7. Surface Analysis IV. Microscopy. - 8. Atomic Structure of Clean Surfaces. - 9. Atomic Structure of Surfaces with Adsorbates. - 10. Structural Defects at Surfaces. - 11. Electronic Structure of Surfaces. - 12. Elementary Processes at Surfaces I. Adsorption and Desorption. - 13. Elementary Processes at Surfaces II. Surface Diffusion. - 14. Growth of Thin Films. - 15. Atomic Manipulations and Nanostructure Formation. - References. Côte titre : Fs/2270-2271 Surface science : an introduction [texte imprimé] / Kenjiro Oura (1941-....), Auteur ; V. G. Lifshits, Auteur ; A. A. Sarranin, Auteur ; A. V. Zotov, Auteur ; M. Katayama, Auteur . - Berlin : Springer, 2003 . - 1 vol. (440 p.) : ill. ; 25 cm. - (Advanced texts in physics, ISSN 1439-2674) . ISBN : 978-3-540-00545-2 Langues : Anglais (eng) Catégories : Physique Mots-clés : Science des surfaces Index. décimale : 530.4 États de la matière Résumé : Conçu comme un manuel pour les étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs en génie et en sciences physiques qui cherchent un aperçu général de la science de surface, ce livre fournit également le contexte nécessaire pour les chercheurs qui débutent dans le domaine. Il couvre tous les aspects les plus importants de la science des surfaces modernes, du fond expérimental et des bases cristallographiques aux techniques analytiques modernes et aux applications en couches minces et nanostructures. Tous les sujets sont présentés sous une forme concise et claire accessible à un débutant. Dans le même temps, la couverture est complète et à un niveau technique élevé, en mettant l'accent sur les principes physiques fondamentaux. De nombreux exemples, références, exercices pratiques et problèmes complètent ce traitement remarquablement complet, qui servira également d'excellente référence pour les chercheurs et les praticiens. Note de contenu : Sommaire 1. Introduction. - 2. Basics of Two-Dimensional Crystallography. - 3. Experimental Background. - 4. Surface Analysis I. Diffraction Methods. - 5. Surface Analysis II. Electron Spectroscopy Methods. - 6. Surface Analysis III. Probing Surfaces with Ions. - 7. Surface Analysis IV. Microscopy. - 8. Atomic Structure of Clean Surfaces. - 9. Atomic Structure of Surfaces with Adsorbates. - 10. Structural Defects at Surfaces. - 11. Electronic Structure of Surfaces. - 12. Elementary Processes at Surfaces I. Adsorption and Desorption. - 13. Elementary Processes at Surfaces II. Surface Diffusion. - 14. Growth of Thin Films. - 15. Atomic Manipulations and Nanostructure Formation. - References. Côte titre : Fs/2270-2271

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Fs/2270	Fs/2270-2271	Livre	Bibliothéque des sciences	Français	Disponible Disponible
Fs/2271	Fs/2270-2271	Livre	Bibliothéque des sciences	Français	Disponible Disponible

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