光学基础知识介绍

Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司光学简介常州星宇车灯有限公司技术部2010年12月Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司几何光学基本原理含义及范围撇开光的波动性，而仅以光的直线传播性质为基础，研究光在透明介质中传播问题的光学——几何光学。理论基础是几个实验定律：光的直线传播定律，光的反射和折射定律，光的独立传播定律和光路可逆原理。借助“光线”，用几何作图的方法确定象的位置与大小，因而称几何光学（或光线光学、高斯光学）几何光学是波动光学在一定条件下的近似，适用于研究的对象的几何尺寸远大于所用光波的波长情况下。几何光学基本原理Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司光线的概念光能量传播方向的几何线——光线“光线”的概念只能表示光的传播方向，决不可认为是从实际光束中借助于有孔光阑分出的一个狭窄部分。光线的集合——光束相互平行的光线——平行光束自一点发出或会聚于一点的光线——同心光束折射率、光速折射率光在真空中的速度和光在介质中的速度之比——介质的绝对折射率（简称折射率）（是对钠黄线589.3nm而言）2介质对1介质的相对折射率Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司2介质的折射率小，光速大——光疏介质1介质的折射率大，光速小——光密介质光速光在真空中的传播速度（是指光波的位相传播速度—相速）:是自然界的极限速度。光在介质中传播时，频率不变，光速、波长改变：同一介质中不同波长光的折射率不同Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司介质折射率不仅与介质种类有关,而且与光的波长有关.光在折射时,不同波长的光将分散开来,这种现象叫作色散。几何光学基本定律1.光的直线传播定律：光在各向同性的均匀介质中沿直线传播，物体的影子、针孔成象、日蚀、月蚀、日食、月食等现象都证明了光的直线传播。几何光学基本定律Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司2.光的独立传播定律：自不同方向或不同物体发出的光线相遇时，对每一光线的独立传播不发生影响，相遇前后的传播方向和强度都保持原来的传播方向和强度。适用于强度不太大，相干性较差的光线传播3.光的反射定律和折射定律条件：光从一种各向同性的均匀介质传播到另一种各向同性的均匀介质反射定律反射光线、法线、入射光线在同一平面内反射光线、入射光线分居法线两侧反射角等于入射角i1=i1’折射定律折射光线，入射光线，法线在同一平面内折射光线、入射光线分居法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦之比是常数4.光路可逆原理当光线的方向返转时、它将逆着同一路径传播。几何光学基本定律Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司激光简介西藏阿里高原Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司虹、霓是由于太阳光线被大气中的水滴反射，折射形成的一种常见的自然现象。折射、反射定律解释虹、霓的成因虹的形成虹是太阳光线经水滴一次反射2次折射形成的，（一次虹）霓的形成霓是太阳光线经水滴二次反射，二次折射形成的（2次虹）色彩的排列人们常见的是一次虹，偶而能见到两次虹并列悬挂在空中。含七种色光的太阳光线，射入大气中的水滴(雨滴或雾滴)，各种色光经历折射和反射后，可在雨幕或雾幕上形成彩色光弧环。当光弧环对观测者所张的角半径约42度，光环的彩色排序是内紫外红时，称为虹。在虹的外面，有时还出现较虹弱的彩色光环，光环对观测者所张的角半径约为52度，彩色环的排序与虹相反即内红外紫，称为霓或副虹。Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司（（xi′iyQ′y′OM折射、反射定律应用实例Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司反射定律的矢量表达A’=A-2(A﹒N)N其中A、A’、N分别为入射光线、反射光线及法线的单位矢量折射、反射定律应用实例Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司折射、反射定律应用实例Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司光纤原理一般使用的光学纤维是由直径约几微米的多根或单根玻璃（或透明塑料）纤维组成的，每根纤维分内外两层，内层材料的折射率为1.8左右，外层材料的折射率为1.4左右，这样当光由内层射到两层纤维的界面时，入射角小于临界角的那些光线，根据折射定律逸出纤维，而入射角大于临界角的光线，由于全反射，在两层界面上经历多次反射后传到另一端折射、反射定律应用实例Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司光在球面上的反射、折射成像球面镜的反射成像球面镜的反射成像成像公式：f＝r/2'111ppfp为物距，p‘为象距h0fpp’hic1221Fh0hifd0di球面上的反射、折射成像Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司球面上的折射成像成像公式'''nnnnppr像方焦距,''nrfnn物方焦距ii´MQQ´Onn´rCpP’'nrfnn-''npVnp0ihVh倍率定义V0,像正立V0,像倒立QQ´Ch0hinn´pp´放大1,V缩小1,V球面上的反射、折射成像Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司透镜薄透镜成像公式''1ffpp像方焦距'012iLiLnfnnnnrr其中ii´MQOn0pniQ2dp2´p1´nL球面上的反射、折射成像Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司凸透镜成像图h0hipp´FF´f´111222333凹透镜成像图F´1221hipI´球面上的反射、折射成像Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司薄透镜的横向放大率'oinpVnp当ni＝no1'pVph0hipp´FF´f´12311223F´12hi21pI´球面上的反射、折射成像Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司透镜的应用实例显微镜成像原理Fe´FeFo´Foh0hi（´´（h0´显微镜的放大率定义'MoohS''iehf物镜的横向放大率'ioohhf其中Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司望远镜成像原理d0Fo´Fe´照相机的成像原理d0di透镜的应用实例Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司光度学的基本概念光通量：可见光对人眼刺激程度的量。单位：流明发光强度：沿给定方向单位立体角发出的光通量光亮度：面元ds沿给定方向的光亮度为在该方向上单位投影面积的发光强度照度:单位面积表面所接受的光通量ddFJcosdsdJIdSdFEjjiNiSidjNjdiSjdSjdSirXingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司视见函数表征人眼对不同波长辐射的敏感程度。1.0400505555750l/nmV(l)人眼的视见函数曲线暗环境中，人眼视见函数的极大值向短波方向移动。除眼睛外，其它光探测器，如硅光电池、光电二极管、光电倍增管、感光乳剂等，也同样具有相应的光谱响应曲线，表征了相应光探测器的感光灵敏度。适光性视见函数和适暗性（微光）视见函数明亮环境中：l0=555nm，黄绿光；黑暗环境中：l0=505nm，蓝绿光。ll505适暗Vll555适光V适光性视见函数：适暗性（微光）视见函数：Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司象差的概念PP物平面枕形畸变桶形畸变球差畸变场曲彗差象散Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司色差的产生P色差的消除P’Pn1n2象差的概念Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司LASER(LightAmplifiedbyStimulatedEmissionofRadiation)辐射的受激发射的光放大激光简介Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司激光发展史1958年贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。1960年美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。1965年第一台可产生大功率激光的器件--二氧化碳激光器诞生。1967年第一台Ｘ射线激光器研制成功。激光简介Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司形成激光的三个条件产生激光必要条件1.实现粒子数反转２.使原子被激发３.要实现光放大——工作物质——光学谐振腔——激励能源部分反射镜激励能源全反射镜激光输出工作物质光学谐振腔L激光简介Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司•方向性好•亮度高•单色性好•相干性好•高的光子简并度包括了上述四特性激光的特性激光简介Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司1.激光应用于军事领域2.激光在信息技术领域---全息照相与光存储中的应用3.激光在光通信领域领域的应用4.激光在医学领域的应用5.激光在工业加工领域中的应用6.激光在物理、化学、生物领域的应用7.激光应用于科学研究领域：激光冷冻原子与原子钟、激光引发核聚变8.其他激光的应用由于激光具有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点而在许多领域得到广泛应用：激光简介Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司全息照相激光束用分光镜一分为二，其中一束照到被拍摄的景物上，称为物光束；另一束直接照到感光胶片即全息干板上，称为参考光束。当光束被物体反射后，其反射光束也照射在胶片上，就完成了全息照相的摄制过程全息照片和普通照片截然不同。用肉眼去看全息照片上只有些乱七八糟的条纹。用一束激光去照射该照片，眼前就会出现逼真的立体景物从不同的角度去观察，可以看到原来物体的不同侧面每一片碎片都包括被摄物体的完整信息激光简介Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司激光简介全息照相全息照片不同于普通照片,其底片不显示物体的形象,而是干涉条纹叠加后的图像。冲洗时只是改变了不同部分的透光性。观察时,需利用与拍照时同频率的光的衍射原理。全息照片特点：所有发光点对应的衍射条纹会使人眼看到一个处于原来位置的完整的立体虚像。全息照片衍射形成的立体虚像是一个真正立体像,当人眼换一个位置时,便可以看到物体的侧面像,即物体上原来被挡住的部分也可以看到。即使是全息照片的一块残片,也可以看到整个物体的立体象.因为拍摄照片时,物体上的点发出的物光在整个底片上处处与参考光发生干涉,也就是说,在底片上处处都有某一点的记录Xingyu-Lighting常州星宇车灯有限公司谢谢