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现代光学系统第六章

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2019现代光学薄膜技术6

2019现代光学薄膜技术6

假定导纳为 i 的基片上有导纳为
n 的单层膜
B
C
cos
in sin
i sin n cos
1 i
组合导纳 Y C B 一般为复数，设
Y x iy
分别取实部、虚部相等
，经过整理消去
x2 y2 2 2 n2 x n2
这是一个园的方程，圆
心坐标
2
2 2
若在所考虑的整个波段内，忽略膜的色散， 则对于所有波长振幅反射系数r1，r2、r3和r4均 相同。
薄 膜 光 学——基础理论
矢量法
为了避免在作矢量图时方向混乱，我们可以规定： 1． 矢量的模r1, r2, r3, r4…，正值为指向坐标原点负
值为离开原点． 2． 矢量之间的夹角仅决定于膜层的光学厚度和所考察
➢采用变折射率的所谓非均匀膜，它的折射率随着厚度的增 加呈连续的变化；
➢采用几层折射率不同的均匀薄膜构成多层增透膜；
薄 膜 光 学——典型膜系
1.2 双层增透膜
对于单层氟化镁膜来说冕牌玻璃的折射率是太低了。 为此，我们可以在玻璃基片上先镀一层1/4波长厚的、折 射率为n2的薄膜，这时对于来说薄膜和基片组合的系统 可以用一折射率为Y=N23/n3的假想基片来等价。显然， 当n2>n3时，有Y＞n3．也就是说，在玻璃基片上先镀一 层高折射率的λ0／4波长厚的膜层后，基片的折射率好象 从n3提高到Y=N23/n3 ，然后镀上λ0／4波长厚的氟化镁膜 层就能起到更好的增透效果。 构成λ0／4- λ0／4型增透膜， 若使中心波长的反射率为零，应满足：
薄 膜 光 学——基础理论
矢量法
为了避免在作矢量图时方向混乱，我们可以规定： 1． 矢量的模r1, r2, r3, r4…，正值为指向坐标原点负

第6章 光学系统设计PPT课件

第6章 光学系统设计PPT课件

近点距 (cm)
-7 -10 -14 -22 -40 -200 100 40
远点距 （cm)
200 80 40
A=R-P (屈光度)
14
10
7
4.5 2.5 1
0.2 5
0
人眼的适应
眼睛能适应不同亮暗环境的能力称为适应。
适应可分为明适应和暗适应。前者发生在 由暗处到亮处时，适应时间大约几分钟； 后者发生在由亮处到暗处时，适应时间大 约30-60分钟。
图6-7 HG500发光二极管的配光曲线
4．光源的温度和颜色
任何物体，只要其温度在绝对零度以上，就向外界发出辐射，称为
温度辐射。黑体是一种完全的温度辐射体，其辐射本领 Mb ,T 表示为
：
M b
,T
M ,T ,T
式中，M
,T
de ddA
为辐射本领； ,T 为吸收率，当 ,T 1 时的物体称
被测 对象
光学系统 光学系统
光电探测器 光源
调理电路
作用：将光束变成平行光束、发散光束、 会聚光束或其他形式结构的光束
控制电路
计算机 显示与控制
现代光学仪器构成框图
❖光学系统的特点： ❖1、信息加载于光波，非接触、不破坏 ❖2、光波传播速度快，可实时测量控制 ❖3、波长短，测量精度高 ❖4、具有很高的空间分辨率 ❖5、可进行图像处理
一、光源的基本参数
1．发光效率
在给定的波长范围内，某一光源所发出的光通量
与产生该光通量所
V
需要的功率P 之比，称为该光源的发光效率，表示为:
V
2 d
1
P
P
（6－8）
式中，1 ~ 2 为该光电测量系统的光谱范围。

现代光学

现代光学

I(x,y)=(ab/λz)2×sinc2(ax/λz,by/λz) 光学成像系统的空间变换特性
FT -1{U1’}=O(xi,y i)⊗O*(xi,y i)
δδ(x)↔2cos2πξ；δδ(x)↔i2sin2πξ
圆孔
正薄透镜的成像
FT -1{U2’}=R02δ(xi,y i)
3.阶跃函数 step(x)=0,x<0;1,x≥0
验室同学的通力合作。
6.三角形函数 Λ(x)=rect(x)∗rect(x)=1- t(x1,y1)=[0.5+0.5m×cos(2πξ0x1)]rect(x 相干传递函数
|x|,x≤1;0,x>1；Λ(x)↔sinc2(ξ)
1/l,y 1/l)
光学 成像 系 统的 相 干传 递 函数 等 于
第一章
为像全息图，焦面里像面外为菲涅尔
rfh(x)=rhf*(-x)
UΣ(x1,y1)exp(-ik×(x1x+y1y)/z)dx1dy1 U(ξ,η)=c×exp(imπλ×(f-
全息图。以及无透镜全息图。
自相关定理 rf(x)↔|F(ξ)|2
菲涅尔系统分析
d)/f2× (ξ2+η2))×A(ξ,η)∗T (ξ,η)∗E(ξ,η)
U(x,y )=U0exp (i2π(ξx+ηy ))
U(0,φ )=exp (ikz )(1-exp (ikR2/2z ))
βO*RC
球 面 波 复 振 幅 用 空 间 频 率 表 示 第二章
I(0,φ)=4sin2(πR2/2λz)
式中第一项为直射光，第二项是原始
U(x,y)=a0/d×exp(ikd)×exp(i2π(ξx+ηy)) 对于线性不变系统 g(x)=f(x)∗h(x) 直边的菲尼尔衍射

精选第六章应用光学目视光学系统

精选第六章应用光学目视光学系统

一、工作原理 目视光学仪器的两个要求 扩大视角 出射平行光 显微镜是将近物成像于无限远，望远镜使无限远物体 成像在无限远，所以望远镜是一个无焦系统 由于是无焦系统，物镜的像方焦点和目镜的物方焦点 重合，光学筒长＝0
望远镜有两种基本型式：伽利略望远镜、开普勒望远镜。
➢开普勒望远系统，物镜和目镜都是正透镜，中间有实像面，可在实像处
一、显微镜的成像原理及视角放大率
放大镜不能满足对更细小的物体观察，考虑可以先用 一组透镜把物体放大成像到放大镜前焦面上，再通过 放大镜观察；
这样经过两级放大形成的光学系统称为显微镜系统；
靠近物体，把物体尺寸放大的透镜叫做显微物镜 靠近眼睛，用来扩大视角的放大镜叫做显微目镜。
光学筒长△：F′物 到F目之间的距离。
tg f目 D
➢望远镜系统的特点：P148 1.Γ可正可负，Γ>0,ω、ω´同号，物像方向相同（伽利略望远镜）
Γ<0,ω、ω´异号，物像方向相反（开普勒望远镜）
2.目镜焦距不能太小，因此要提高放大率，必须加长物镜焦距； 3.出瞳与人眼眼瞳直径相匹配，为了得到高倍率，要加大物镜口径。
三、分辨率及工作放大率
⑴、显微镜的视角放大率； ⑵、出瞳距离（镜目距）； ⑶、斜入射光照明，波长为0.55微米，求其分辨率； ⑷、物镜通光孔径； ⑸、出瞳直径； ⑹、设物高2y＝6mm，K=50％，求目镜的通光口径。
6.4 望远镜系统
主要内容： 1、工作原理； 2、视放大率； 3、分辨率及工作放大率； 4、透镜转象系统；
NA ，λ 时， σ ，分辨率
3、有效放大率（要使显微镜分辨的细节能被人眼所分辨）
便于眼睛分辨的角距离为 2 ~ 4
该角距离在眼睛的明视距离250mm处所对应的线距离σ眼，可表示为：

_第六章 光扫描技术

_第六章 光扫描技术

说明F数大于100，则（R－x）值急剧增大，对应平面波失真越小。 因此，对激光扫描系统，一般取F>100为好。 现代光学测试技术
激光束经过扫描系统后的光斑直径，由式（6-27），即 f d 1.27 1.27 Fs (6-28) d0 式中：λ为激光束波长；f为扫描物镜的焦距； FS为扫描物镜的焦距与激光束腰直径的比数。 另一方面，再从衍射角度，即镜框存在的情况下，衍射光斑 的直径是 f (6-29) d k kFD D 式中：f为扫描物镜的焦距；D为扫描物镜的口径； FD为扫描物镜的F数。 由式（6-28）及式（6-29），使d相等，在 D / d 0 2 时，则有
一、计量原理
当扫描反射镜以ω的角速度转动时，激光束的角扫描运动是
t
扫描光束通过物镜3后，形成线扫描运动，扫描线速度是
dh d 2 f 2 f d 2 f v dt dt dt
设被测件尺为D，则
dh D vt t 2 ft dt
当已知ω，测定t，由式（6-1）就可求出D。这就是光扫描计 量的基本关系式。
现代光学测试技术
为保证测量的高精度，光扫描计量系统，必须满足三点基本要 求： （1）激光束应垂直照射被测表面； （2）光束必须对物面作匀速直线扫描运动，即 v （3）扫描时间必须测得很准确。 为保证激光束扫描时始终垂直于被测表面，可采用物体表面 相对激光束作匀速运动。但这种方法，对机构要求很高， 实现困难。所以一般不采用被测物体运动的方式。
后臵扫描 图6-7光扫描的两种基本形式
前臵扫描
现代光学测试技术
目前大多数采用前臵扫描的形式。设光束扫描的长度为L， 扫描光束的光斑直径为d，那么，扫描分辨率N的定义是 L (6-25) N d 对激光来说，高斯光束的束腰直径是 4x d 2 d 02 [1 ( 2 ) 2 ] (6-26) d 0 式中：d为距束腰中心x处的光束直径； d0为初始激光束的束腰直径。 式（6-26）其符号意义示于图6-8。

球差产生原理

球差产生原理

球差产生原理球差是由非完美光学透镜在成像过程中所引起的像差，是一种重要的光学失真现象。

在现代光学领域中，球差已成为研究透镜光学性能及光学仪器设计中不可忽视的问题，因此对球差的产生原理有深入了解是非常必要的。

那么，产生球差的原理是什么呢？球差是由透镜的形状和折射率分布所决定的。

调节不同的透镜形状、材料和光线入射角等参数，可以减小或消除球差。

这里简要介绍一下球差的原理。

球差的原理可以通过光学成像的光路来理解。

设光线沿一条主光轴穿过透镜，则垂直于主光轴的平面内，可以取一个与主光轴垂直的直线为瞳孔轴线，瞳孔在透镜两侧的截面分别为瞳孔平面。

偏离主光轴的光线的入射位置和入射角度不同，会发生折射角度或出射角度的变化，导致成像位置的偏移。

球差是由于透镜折射率分布不均匀所引起的。

在正常使用中，从透镜中心到边缘，其折射率逐渐减小。

这种折射率分布差异会导致通过透镜的光线的折射角度不同，使得焦点位置不同。

对同一入射孔径光线，中心到边缘位置之间的对焦距离不同，形成了球差。

透镜的形状也会影响球差。

通常，球面透镜的中央是一个最曲率的位置，称为顶点，球面透镜的曲率半径就是球面半径。

当光线从透镜中心逐渐偏离，其折射角度变化会逐渐减小，这将导致焦点位置发生变化。

如果透镜为平面形状，则焦距在所有位置上保持不变，球差也会消除。

为了消除球差，需要通过适当控制透镜的曲率和折射率分布等技术手段来实现。

可以通过组合不同的透镜以达到球差的补偿。

这种方法被称为透镜组合，用于减少或消除球差。

可以采用非球面透镜来进一步减小球差，这种方法被称为非球面透镜技术。

球差产生的原理是由透镜的形状和折射率分布所决定的。

对于球差的产生，要采取适当的技术手段来减少或消除球差，以获得更好的光学成像效果。

除了透镜的形状和折射率分布，还有一些其它因素也会影响球差的产生和修正。

下面我们简要地介绍一下这些因素。

首先是孔径大小。

透镜的孔径大小也会对球差产生影响。

对于同样的透镜，当光线的孔径大小增加时，球差的大小也会随之增加。

第六章医用光学技术与仪器2(ppt整理)

第六章医用光学技术与仪器2(ppt整理)

6.1.4 电脑角膜曲率仪
角膜的曲率是影响眼屈光状态的重要因素。 配戴角膜接触镜、白内障术后置入人工晶体的 度数的选择，以及近视眼手术放射状角膜切开 等都需要测定角膜曲率。
现代角膜曲率仪也是一个光学系统与计算 机相结合的电视图像系统。它是以100%黑白比 照度的多个同心圆环(Placido氏盘)在角膜上显 示的影像，以计算机伪彩色处理和显示整个角 膜各子午线的曲率，并可自正面及各不同侧面 显示角膜曲率状态，或以彩色显示角膜外表的 地形图，并打印出角膜图形、屈率及屈光度等 参数。
2.对组织进行气化和融解
由于高功率的CO2激光器，其光点温 度可达200℃以上，并具有一定的压强，它不仅 能熔融组织，而且具有很强的穿透破坏作用。 临床说明，激光对机体皮肤粘膜的表浅病变以 及通过手术暴露的深部肿瘤，经过照射治疗， 其病变的表层将立即气化，而周围的健康组织 界限清楚，假设进行反复气化融解，可使大块 实体组织蒸发消融。其特点是方法简便，治疗 愈合快，周围组织反响小，功能根本不受影响。
2.软性内窥镜
软性内窥镜出现于20世纪50年代 光纤出现以后，它以柔韧的光纤传导 光源和影像，称为光导纤维内窥镜。 主要种类有胃肠镜、肺镜、肾结石镜 等。
光导纤维内窥镜分头 端(医生手持操纵端)、远 端(插入脏器端)及弯曲局 部三局部组成。弯曲局部 是密封的软性套管，内有 两种光导纤维光束，导光 束和传像束，它们都是由 3万~5万根光导纤维组成 的光导纤维束。导光束用 于照明，它将来自光源的
眼底照相机是用来观察和记录眼底——视网 膜状况的光学仪器，它将眼底以黑白或彩色照片的 形式保存下来，是眼科医生的主要诊断工具。现代 眼底照相机装有微机及电视图像系统，可在电视监 视器屏幕上显示眼底图像，供多人同时观察及动态 记录 (录像)。

现代光学系统

现代光学系统

自发辐射（荧光）：处于高能态的原子在没有受到外来光 子作用而自发地返回低能级，并同时发出光辐射的过程。
受激辐射 ：在能量相应于两个能级差的外来光子作用下， 会诱导处于高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出 数量加倍的光子，即光被放大了。这正是产生激光的基 本过成。受激发射的光子与入射光子频率、相位相同， 偏振方向和传播方向也相同。因此由受激发射跃迁所产 生的光子具有很好的相干性和方向性。
x
u

2 sin x
, y ,v

2 sin y



2 夫琅和费衍射和傅里叶变换
二维函数f ( x, y )在满足了普遍的傅里叶 积分存在的条件 后可以表示为: f ( x, y ) F (u, v) exp[i 2 (ux vy)]dudv F (u, v) f ( x, y ) exp[i 2 (ux vy)]dxdy 上式表明二维函数 f ( x, y )为连续空间频率基元函 数 exp[i 2 (ux vy)]的线性组合， (u, v)是基元函数在 x, y方向的空间频率 . F (u, v)叫做f ( x, y )的傅里叶变换或空间频 谱, 记作F (u, v) [ f ( x, y )],它代表基元函数的权重 , 即基元函数的幅值和相 位, F (u, v)由f ( x, y )的傅里叶变换求出。
4、激光光束（高斯光束）的特性
激光作为一种光源，其光束截面内的光强分部是 不均匀的，即光束波面上各点的振幅是不相等的， 其振幅A与光束截面半径r 的函数关系为： 光束波面的振幅A呈高斯函数分布
A A0 e
r2
2
A0 为 光 束 截 面 中 心 的 振 ; 幅
为 一 个 与 光 束 截 面 半 有 径关 的 参 数 ; r为 光 束 截 面 半 径 ; 常 以r 时 的 光 束

光学教程(叶玉堂著)课后答案下载

光学教程(叶玉堂著)课后答案下载

光学教程（叶玉堂著）课后答案下载《光学教程》是清华大学出版社xx年出版图书，作者是叶玉堂，饶建珍，肖峻等。

以下是为大家的光学教程（叶玉堂著），仅供大家参考!点击此处下载???光学教程（叶玉堂著）课后答案???本教程以物理光学和应用光学为主体内容。

第1章到第3章为应用光学部分，介绍了几何光学基础知识和光在光学系统中的传播和成像特性，注意介绍了激光系统和红外系统。

第4～8章为物理光学部分，讨论了光在各向同性介质、各向异性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性及光与物质的相互作用，并结合介绍了DWDM、双光子吸收、Raman放大、光学孤子等相关领域的应用和进展;第9章则专门介绍航天光学遥感、自适应光学、红外与微光成像、瞬态光学、光学信息处理、微光学、单片光电集成等光学新技术。

第一篇应用光学第1章几何光学基础1.1几何光学的基本定律1.2物像基本概念1.3球面和球面系统1.4平面与平面系统1.5光学材料例题习题第2章理想光学系统2.1理想光学系统的基本特性、基点和基面 2.2理想光学系统的物像关系2.3理想光学系统的放大率2.4理想光学系统的组合2.5单透镜2.6光学系统中的光束限制2.7像差概述2.8波像差2.9矩阵运算在几何光学中的应用例题习题第3章光学仪器的基本原理3.1眼睛3.2放大镜3.3显微镜3.4望远镜3.5摄影系统3.6现代光学系统习题第二篇物理光学第4章光的电磁理论4.1电磁波谱电磁场基本方程4.2光波在各向同性介质中的传播 4.3光波的偏振特性4.4光波在介质界面上的反射和折射 4.5光波场的频率谱4.6球面光波和柱面光波例题习题第5章光的干涉5.1光干涉的条件5.2双光束干涉5.3多光束干涉5.4光学薄膜5.5典型的干涉仪及其应用5.6光的相干性例题习题第6章光的衍射6.1光的衍射现象6.2衍射的基本原理6.3夫琅禾费衍射6.4光学成像系统的衍射和分辨本领 6.5夫琅禾费多缝衍射6.6衍射光栅6.7菲涅耳衍射6.8全息术例题习题第7章晶体光学7.1介电张量7.2单色平面波在晶体中的传播7.3单轴晶体和双轴晶体的光学性质 7.4晶体光学性质的图形表示7.5平面波在晶体表面的反射和折射 7.6偏振器和补偿器7.7偏振光和偏振器件的琼斯矩阵 7.8偏振光的干涉7.9电光效应7.10声光效应7.11旋光现象7.12磁致旋光效应例题习题第8章光的吸收、色散和散射8.1光与物质相互作用的经典理论8.2光的吸收8.3光的色散8.4光的散射例题习题第9章现代光学技术简介9.1航天光学遥感9.2自适应光学9.3红外与微光成像9.4瞬态光学9.5光学信息处理9.6微光学9.7单片光电集成习题答案参考文献主题索引1.阳光大学生网课后答案下载合集2.光学教程叶玉堂饶建珍课后答案清华大学出版社3.光学教程第三版姚启钧著课后习题答案高等教育出版社4.光学教程郭永康鲍培谛课后答案四川大学出版社。

现代光学基础

现代光学基础

(2)
阿贝成像原理: 物是一系列不同空间频率 阿贝成像原理: 的集合.入射光经物平面发生夫琅和费衍射, 的集合.入射光经物平面发生夫琅和费衍射, 在透镜焦面（ 频谱面） 在透镜焦面 （ 频谱面 ） 上形成一系列衍射 光斑, 光斑,各衍射光斑发出的球面次波在相面上 相干叠加,形成像. 相干叠加,形成像.
1 令 p0 = d ,
1 2 2 f (x) = + cos(2πp0 x) − cos(2π 3p0 x) 2 π 3 π
2 + cos(2π 5p0 x)L L 5π
上式表明,图中表示的矩形波可以分解为不同频 上式表明, 率的简谐波, 率的简谐波,这些简谐波的频率为
1 3 5 p =, , , , L L d d d
激光
条纹，相当于一个“衍射光栅” 条纹，相当于一个“衍射光栅”，一般是
全息照片
用相同于拍摄时的激光作为照明光， 用相同于拍摄时的激光作为照明光，照明 光经全息照片（ 光经全息照片（即“光栅”）便发生衍射 光栅” ，得到一列沿照射方向传播的零级衍射光 波和二列一级衍射波(见图) 波和二列一级衍射波(见图)。
对于光栅我们可以用透过率函数ƒ′（x）来描 来描 对于光栅我们可以用透过率函数 一维透射光栅的透过率函数是一矩形波函数. 述,一维透射光栅的透过率函数是一矩形波函数. 为了讨论问题方便, 设光栅狭缝总数N无限大. 为了讨论问题方便, 设光栅狭缝总数N无限大.
f (x)
− 2d
−d
d − 4
0
d d 3d 4 2 4
２．阿贝成像原理
1873年，阿贝（E.Abbe，1840—1905）在显微镜成象原 年 阿贝（ ， ） 理的论述中， 理的论述中，首次提出了空间频率和空间频谱以及两次衍射 成象的概念，并用傅里叶变换来阐明显微镜成象的物理机制。 成象的概念，并用傅里叶变换来阐明显微镜成象的物理机制。 1906年，波特（A.B.Porter）以一系列实验证实了阿贝成象 年 波特（ ） 原理（ 原理（Abbe principle of image formation）。 ）。

现代光学基础课件：光学教程-总结

现代光学基础课件：光学教程-总结

第一章 光的干涉
等倾干涉：
此装置是分振幅干涉（即分能量干涉。）薄膜上下表面反射光
的光程差为：
2d0
n22
n12
sin 2
i1
2
2nd cosi
2
2j
2
明纹 j 0,1,2,3,
(2 j 1) 暗纹 j 0,1,2,3,
2
第一章 光的干涉
等厚干涉：
平行光从相同的倾角入射不均匀的薄膜，相干光光程差Δ，随膜
上式称为菲涅耳积分。借助惠更斯—菲涅耳原理可解释和描述 光束通过各种形状的障碍物时所产生的衍射现象。菲涅耳衍射的计 算很困难，可以用振幅矢量叠加法做近似的处理。
第二章 光的衍射
菲涅耳半波带
S
r2 r0 2( / 2)
O
R
BBB321 B0
r3 r0 3( / 2)
P r1 r0 ( / 2)
光（也称平面偏振光）。
大量的振幅相同、振动方向任意、彼此没有固定相位关系的 光振动的集合叫自然光。
第五章 光的偏振
第五章 光的偏振
yLeabharlann 1.220df1'
f
f2
Q
F1’ F2
P
U
P` P‘’ o2
o1
U
y' -U‘
-U‘’
-U‘’ O
物镜系 统
Q`
目镜系统
Q‘’
第五章 光的偏振
偏振—振动方向对于传播方向的不对称性。 偏振是横波区别于纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振 现象。
光矢量（E）只在一个固定平面内沿单一方向振动的光叫线偏振
f n r f ' n' r
nn'

第六章-免疫比浊分析PPT课件

第六章-免疫比浊分析PPT课件

BNⅡ、BN100特种蛋白分析分析系统
（二）ARRAY分析系统 1.测定原理 本系统属于速率散射比浊分析法，在抗体过量的 前提下，光束通过抗原抗体复合物时所产生的散 射光速率变化大小与抗原浓度成正比。
速率的峰值通过电脑处理系统转换成待测抗 原的浓度。
2.仪器基本组成
ARRAY系统由分析仪、电脑处理系统、打印 机构成，其主要构成部分为分析仪，由加液 系统、散射测浊仪、40孔样本转盘、20孔试 剂转盘、软盘驱动器等组成。
•41
• 4.单向琼脂扩散法可用于
• A.抗体定性 B.抗体定量
• C.抗原定性 D.抗原定量
• 5.双向琼脂扩散试验，两种受检抗原的性质完全 相同时，沉淀线出现
• A.二条直线相交叉 C.二条弧线部分融合
B.二条弧线完全融合 D.二条直线不连接
• 6.火箭免疫电泳达到终点时应
• A.火箭峰呈云雾状 B.火箭峰呈圆形
抗原抗体复合物形成时间与速率的关系
累计时间 复合物产 产生速率 生总量
5
8
—
10
13
5
15
25
12
20
60
35
25
150
90
30
230
80
35
300
70
40
360
60
45
415
55
50
450
45
55
480
30
60
500
20
•18
当抗体的浓度固定于一定范围时，复合物 形成的速率峰值的高低与抗原的含量成正比， 随着时间的延长，免疫复合物的量逐渐增多， 抗原抗体结合速度的峰值在一定的时间出现。 通过微机处理即可得到待测蛋白成份的含量。

科学光单元教案

科学光单元教案

科学-光-单元-教案第一章：光的概述教学目标：1. 了解光的定义和特性。

2. 掌握光的传播方式和速度。

3. 理解光的反射和折射现象。

教学内容：1. 光的定义和特性：介绍光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。

2. 光的传播方式：讲解光的直线传播和波动传播。

3. 光的速度：介绍光在真空中的速度为299,792,458米/秒。

4. 光的反射和折射现象：解释光的反射定律和折射定律。

教学活动：1. 引入光的定义和特性，引导学生思考光的日常生活中的应用。

2. 通过实验或图片展示，让学生观察光的传播方式和效果。

3. 讲解光的速度，引导学生进行相关计算练习。

4. 通过实验或模拟实验，让学生观察光的反射和折射现象。

第二章：光的折射教学目标：1. 理解折射现象的原理。

2. 掌握折射定律及其应用。

3. 能够计算光的折射角度。

教学内容：1. 折射现象的原理：介绍光从一种介质进入另一种介质时速度改变导致方向改变的现象。

2. 折射定律：讲解斯涅尔定律，即n1sin(θ1) = n2sin(θ2)，其中n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。

3. 折射定律的应用：介绍透镜和眼镜的制作原理。

4. 计算光的折射角度：引导学生进行折射角度的计算练习。

教学活动：1. 引入折射现象的原理，引导学生思考折射在日常生活中的应用。

2. 通过实验或模拟实验，让学生观察光的折射现象。

3. 讲解折射定律及其应用，引导学生进行相关计算练习。

第三章：透镜和光学仪器教学目标：1. 了解透镜的类型和特性。

2. 掌握透镜的光学性质和应用。

3. 了解常见光学仪器的原理和构造。

教学内容：1. 透镜的类型：介绍凸透镜和凹透镜的定义和特点。

2. 透镜的光学性质：讲解焦距、放大倍数和像距等概念。

3. 透镜的应用：介绍透镜在眼镜、相机和显微镜等光学仪器中的应用。

4. 常见光学仪器的原理和构造：讲解相机、显微镜和望远镜等光学仪器的原理和构造。

教学活动：1. 引入透镜的类型和特性，引导学生思考透镜在日常生活中的应用。

第6篇 光学发展史.ppt

第6篇 光学发展史.ppt
❖ 牛顿根据实验结果，也提出了错误的看 法，他断定透镜成象存在根本的缺点， 即不能形成清晰的物象。
❖ 但是必须指出，牛顿的前提是错误的， 他的错误在于他认为不同的透明物质是 从相同的方式折射不同颜色的光线的。
几何光学时期
❖ 牛顿在光学中另一项精彩的发现是牛顿 环。
❖ 牛顿环是光具有波动性的最好证明之一， 也说明了光的周期性。但是，因为牛顿 在关于光的本性的讨论中倾向于微粒说， 所以他不可能对光的以上性质加以进一 步的探讨。
波动光学时期
❖ 菲涅耳继续了扬的工作，1815年他用扬的干涉 原理补充了惠更斯原理，提出了惠更斯——菲 涅耳原理。运用这一原理不仅能解释光在各向 同性介质中的直线传播，同时也能解释光的衍 射现象。
❖ 1808年马吕斯（英国人，1775—1812）偶然 发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象。
❖ 菲涅耳和阿拉果（1786一1853）在1819年提 供了相互垂直的偏振光不相干涉的证明，这是 光的横向振动理论最终的证实。
二、人类对光的本性的认识
❖ 人类对光的本性的认识，追溯其历史， 可以看出，它是由初浅到深入，由片 面到全面，从实验到理论，由现象到 本质逐步发展起来的，最后建立起光 的本性的理论。但是从科学发展的眼 光来看关于光的本性的理论并没有穷 尽，还待于进一步的探讨。
1.惠更斯和牛顿之争
❖ 早在十七世纪就开始了对光的本性的问题的讨 论，当时有两种不同的观点，一种是以笛卡儿、 胡克、惠更斯为代表的波动说，另一种是以牛 顿为代表的微粒说。
❖ 牛顿的高明之处是：他不仅详细地定性 的描述了实验现象，而是进一步作了定 量的测量。
惠更斯的贡献
❖和牛顿同时代的惠更斯，他主张光的 波动说，认为光是在“以太”中传播 的波。

光学系统简介

光学系统简介
• 1、激光束的发散角
• 激光束的发散角、束腰位置是由激光谐振腔 和激光束的模式决定的。热透镜效应可能会改变 激光谐振腔的腔形，因此发散角和束腰的位置也 要随着改变
• 2、激光束的聚焦与准直
• （1）聚焦：采用短焦距透镜
• （2）准直：激光准直系统多采用二次透镜 变换形式，第一次透镜变换用来压缩高斯 光束的束腰半径，用短焦距透镜；第二次 使用较大焦距的变换透镜，用来减小高斯 光束的发散角。
• 光纤的数值孔径NA：N An2n2 • NA是光纤的重要参数，它表征光纤端面接收光的能力，
其取值的大小要兼顾光纤接收光的能力和对模式色散的 影响。CCITT（国际电报电话咨询委员会） 建议光纤的 NA取值范围为0.18～0.23，其对应的光纤端面接收角 θc=10°～13°。
• 2、梯度型光纤的传光原理
• 盲斑：神经纤维的出口，无感光细胞，不能产生视返觉回。
• （二） 人眼的视觉
• 人眼视网膜中有两种感光细胞：
• 一种是杆体细胞，灵敏度高，能感受弱光刺激， 但不能分辨颜色和视场中的细节；
• 另一种是锥体细胞，灵敏度低，只能感受较亮的 物体，但能很好的区分颜色，辨别细节。
• 正常颜色视觉的人，视网膜中央向外围部分过渡， 锥体细胞减少，杆体细胞增多，对颜色的分辨能 力逐渐减弱，直到颜色的感觉消失。
• 3、比较得出其中最小孔径角（物在无限远时为 孔径高度最小）所对应光阑像的物就是系统的孔 径光阑。
• 例：2.1P38
光学系统的孔径光阑是随着物体位置变化而改变的！！！
三、视场光阑
四、景深
• （二）焦深 • 理论上，物平面一定，像平面就应该确定，但
在实际光学系统中，当物是垂直于光轴的一个 平面时，接收器不仅在理想共轭像位置处可接 收到物体的像，而且在其附近都可接收到清晰 的像。 • 一个平面物体对应的是有着一定深度的清晰像 空间，把像空间的深度称为焦深。

光学系统新版

光学系统新版

眼睛系统视网膜上成倒像，由于视神经系统内部作用，我们感觉还是正像。

主平面H 和H’距离角膜顶点后约1.3mm 和1.6mm 眼睛旳焦距约为 f =-17mm ，f’ =23mm ，屈光度为+43D 视场可达150°，清晰视场只有视轴周边旳6 ° ~8 °明视距离是正常眼在正常照明（约50勒克斯）下最以便和最习惯旳工作距离，等于250 mm 。

（1）视度调节当肌肉完全放松时，眼睛所能看清旳最远旳点称为远点，其相应旳距离称为远点距离，以 lr 表达，单位 m 当肌肉在最紧张时，眼睛所能看清旳近来旳点称为近点，其相应旳距离称为近点距离，以 lp 表达，单位 m用lr 旳倒数和lp 旳倒数之差来表达人眼旳视度调节能力lr （单位为m ）旳倒数表达近视或远视旳限度，称为视度，单位为屈光度（D ，Dioptre ），一般医院把 1D 称作 100度. 近视/远视眼镜旳作用都是将无限远旳物点与视网膜形成共轭.近视/远视只和远点距离有关，和近点距离无关。

（2）眼睛旳辨别率人眼刚能将两点分开旳视角称为眼睛旳极限辨别角或视角鉴别率。

在没有调节旳放松状态下，眼睛旳极限辨别角为1’,人眼旳辨别能力与极限辨别角成反比关系。

（3）人眼旳对准精度对准精度一般用角度值来表达,即两线宽旳几何中心线对人眼旳张角小于某一角度值α时，虽然还存在着不重叠，但眼睛觉得已经是完全重叠，这时α角度值即为人眼对准精度。

对准精度和极限辨别角是两个概念，又有一定联系，经验证明，人眼旳最高对准精度约为极限辨别角旳1/6~1/10（4）眼睛旳景深当眼睛调焦在某一对准平面时，眼睛不必调节就能同步看清对准平面前和后某一距离旳物体，称作眼睛旳景深。

11r pA R P l l =-=-21221212,P PP P P P pD pD D p D p p p p D p p p p p p D p εεεεεε==+-=-=-=∆=+-∆（5）空间深度感觉眼睛在观测物体时，可以产生远近旳感觉，被称为“空间深度感觉”。

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x
y
x
y
振幅滤波器：
✓ 仅改变各频率成分的相对振幅分布，而不改变其位相 分布；
✓ 滤波函数值可在0~1范围内连续变化；
✓ 按一定函数控制底片的曝光量分布或在玻璃片基上镀 膜来制作。
位相滤波器： H( f , f ) A ei(fx,fy)
x
y
0
✓ 仅改变各频率成分的相对位相分布，而不改变其振
幅分布；
像的照片
网格频谱照片
实验装置（准直的相干光照 明，方向平行光轴）
像的照片
➢ 水平空间频谱通过得到竖直分布的条纹。
谱面上的空间频谱分布特性
频率特性：位于中心（在光轴上）处所对应的中心频率 为零，离开中心越远，空间频率越高。
方向特性：如果物体具有线状结构，则功率谱是沿着与 此线状结构相垂直的方向分布的。线状结构越密集，则 在沿与此线状结构相垂直的方向上分布的频谱延伸得越 远，反之亦然。
对称特性：光学图像通常可以用实函数表示，故其频谱 函数具有厄米特性，即F(fx, fy)=F*(fx, fy)。于是 |F(fx, fy) | 2 = | F*( fx, fy)|2= | F ( fx, fy)|2 功率谱分布呈中心对称。
像和系统传递的空间频谱 之间存在一一对应的关系；
✓ 滤波函数可仅用纯虚数表示；
✓ 采用镀膜时控制膜层厚度来制作位相滤波器；制作
连续位相变化的位相滤波器比较困难。
复数滤波器： ✓ 这种滤波器对各种频率成分的振幅和位相都同时起
调制作用； ✓ 滤波函数是复函数； ✓ 可用全息照相或计算全息的方法制作复数滤波器。
二元滤波器：
滤波函数值取0或1。可分为低通滤波器、高通滤波器、 带通滤波器和方向滤波器。
第六章 空间滤波 介绍空间滤波原理及其应
用
主 讲：徐世祥
本章主要内容：
空间滤波的基本原理; 阿贝成像理论和实验; 典型的空间滤波系统 4 f 系统; 空间频率的傅立叶分析; 空间滤波器的结构类型.
本章的教学目的与要求：
本章重点是空间滤波的基本原理及其结构类型，这是要求学 生掌握的。
什么是空间滤波？ ➢ 空间滤波是指在光学系统的傅立叶频谱面上放置适当的滤波 器，以改变光波的频谱结构，使所得像按照人们的要求得到 预期的改善。 ➢ 空间滤波是光信息处理的重要手段之一。
像和物的相似程度完全取 决于物体有多少频率成分 能被系统传递到像面；
在频谱面上放置狭缝、小 孔等光阑改变透射的频谱， 则输出像的结构将发生变 化。
3 空间频率滤波系统―4 f系统
空间频率滤波系统利用透镜的傅立叶变换特性，在物体的 频谱面上加入适当的滤波器，借以改变物的频谱，最终使 物图像达到期望的变化。
低通滤波器
高通滤波器
带通滤波器
方向滤波器
空间滤波器的应用举例
▪ 泽尼克相衬显微术：将位相物变成空间调制。 方法是在物的频谱面上放一变相板改变本底光和衍射光 的位相关系和幅度比例。
位相型物体——不改变入射光的振幅，仅因厚度或折射 率变换改变入射光的位相分布。如：生物切片、未染色 的细菌等；
位相物体的复透过率： (x1, y1) ei(x1,y1)
d
b
b
m
rect
(
x
md a
)
1 2
ad/2
滤波后的谱：
f
(
x1
)
ab d
sin
c
bf
x
输出像：
f
(x3 )
a d
rect(
x3 b
)
rect(
x3 b
)
m
rect
(
x3
md a
)
a d
空间滤波器的结构类型和应用举例
空间滤波器的结构类型
▪ 滤波函数一般是复函数：
H ( f , f ) A( f , f )ei ( fx , fy )
cos
2 x3 d
双狭缝滤波器，只通过正、 负二级谱。滤波函数：
滤波后的谱：
ab d
sin
c
2a d
sin
c
b
fx
2 d
sin
c
b
fx
2 d
输出像：
2a d
sin
c
2a d
rect
x3 b
cos
4 x3 d
小圆屏滤波器，不通过0级谱，其余频谱全部通过
ad/2
滤波后的谱：
(
fx
)
ab d
sin
c
bf x
输出像：
a d
rect
x3 b
狭缝滤波器只通过0级、正、负一级谱通过。 滤波函数：
滤波后 的谱：
ab d
sin
c
bf
x
sin
c
a d
sin
c
b
fx
1 d
ab d
sin
c
a d
sin
c
b
fx
1 d
输出像：a
d
rect
x3 b
1
2in
c
a d
空间滤波系统有多种结构，4f系统是最典型的一种相干光 处理系统。
4 空间频率的傅立叶分析
▪ 目的：以一维光栅为例，用傅立叶分析方法来分析空间滤波 过程。理解改变系统透射频谱对像结构的改变。
一维光栅物体：
物体的频谱：
f
( x1 )
rect (
x1 a

)
*
1 d
comb(
x1 d
)
rect(
如果（x1, y1）<<1, 有
(x1, y1) 1 i(x1, y1)
于是光经过相位物后强度变化为
I (x1, y1) 1 i(x1, y1) 2 1 2 (x1, y1)
第一项为直流项，第二项为衍射项。
一般显微镜看不到衍射光：由于它与很强的本底之间存在 ／2的位相差。 如果能够改变本底与弱衍射光之间的这种值相互正交关系， 那么两项间就会直接叠加发生干涉，产生可观察的强度变化。 方法：在频谱面上放一块变相板改变被聚焦的本底光和衍 射光之间的位相关系，同时使本底光的强度作适当的衰减。 材料：在优质光学玻璃平板的中心淀积一层透明材料而成， 实际就是一个位相滤波器，其滤波函数为：
滤波小孔
f
空间滤波的基本原理
1 阿贝成像理论—阿贝二次衍射成像
透镜的成像过程分为两步： ▪ 物光波经过透镜在后焦面上产生夫琅和费衍射，形成频谱
第一次衍射像； ▪ 频谱作为次波源发出次波在像平面上干涉形成物的像形成
第二次衍射像。
2 阿贝－波特实验
网格频谱照片
实验装置 ➢ 不滤波，在像面上得到原来物的像。
x1 b
)
m
rect
(
x1
md a
)
rect
(
x1 b
)
F ( fx ) f (x1)
ab d
ma
sin c( ) sin c
m
d
b
fx
m d
▪ 讨论在频谱面P2上放置不同的滤波器时，在P3输出面上的 像结构变化：
狭缝滤波器只通过0 级谱。滤波函数：
滤波后的谱：
F(
fx
)H
f
(
x1
)
ab d
sin
c
bf
x
输出像：
f (x) a rect( x )
d
b
x
x md a
x
rect( ) rect(
) rect( )
b m
a
d
b
=rect
(
x b
)
m
rect
(
x
md a
)
a d
当a d / 2时
f (x) a rect( x ) rect( x )