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第十七章 光子学基础传统光学主要是研究宏观光学特性，如光的折射、反射、成像及光传播时的干涉、衍射和偏振等波动性质，而未去探究其微观的物理原因。
然而随着光学的发展，人们逐渐地注意研究光与物质(包括光子与光子)相互作用的微观特性，以及与这种微观特性相联系的光的产生、传播和探测等过程。
同时，也逐渐注意研究光子承载信息的能力，以及它在承载信息时的处理和变换等基础问题。
现在人们用光子光学（Photon Optics ）或光子学(Photonics)来概括这一领域的研究。
光子学在现代科学技术中的作用越来越显重要。
本章结合光电效应，引入光子学中的基本概念和关系式，讨论电磁场的量子化和光子的性质，并介绍两个应用。
第一节 光的量子性一、光电效应与爱因斯坦光子学说(一)光电效应的规律1887年赫兹在题为“关于紫外光对放电的影响”的论文中首先描述了物体在光的作用下释放出电子的现象，这就是通常所说的光电效应。
一般采用图16-1a 的装置观察金属的光电效应。
电极K 和A 封闭在高真空容器内，光经石英小窗照射到金属阴极K 上。
当电极K 受光照射时，光电子被释放出并受电场加速后形成光电流。
实验发现光电流的大小与照射光的强度成正比，照射光中紫外线越强，光电效应越强。
用一定强度和给定频率的光照射时，光电流i 和两极间电位差u 的实验曲线如图16-1b 所示，称为光电流的伏安特性曲线。
当u 足够大时，光电流达到饱和值m I ；当u ≤0u 时光电流停止（0u 称为临界截止电压）。
总结所有的实验结果，得到如下规律：(1) 对某一光电阴极材料而言，在入射光频率不变条件下，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。
(2) 光电子的能量与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关，频率越高，光电子的能量就越大。
(3) 入射光有一截止频率0 （称为光电效应的红限）。
在这个极限频率以下，不论入射光多强，照射时间多长，都没有光电子发射。
不同的金属具有不同的红限。
姓名：曾福江学号：20121002251 班级：075123课程名称：光子学基础任课老师：王宏光学隐身技术1.1基本资料隐形技术（stealth technology），准确的术语应该是“低可探测技术”，即通过研究利用各种不同的技术手段来改变己方目标的可探测性信息特征，最大程度地降低对方探测系统发现的概率，使己方目标，己方的武器装备不被敌方的探测系统发现和探测到。
隐形技术是传统伪装技术的一种应用和延伸，它的出现，使伪装技术由防御性走向了进攻，有消极被动变成了积极主动，增强部队的生存能力，提高对敌人的威胁力。
雷达和通信设备工作时会发出电磁波，表面会反射电磁波，运转中的发动机和其他发热部件会辐射红外线，以及物体（如飞机）会反射照射向它的雷达波，这样，就使武器装备与它所处的背景形成鲜明对比，容易被敌人发现。
通过多种途径，设法尽可能减弱自身的特征信号，降低对外来电磁波、光波和红外线反射，达到与它所外的背景难以区分，从而把自己隐蔽起来。
这就是“低可探测技术”。
隐形技术涉及到电子学、材料学、声学、光学等许多技术领域，是第二次世界大战后的重大军事技术突破之一。
隐形技术包括：雷达隐形、红外隐形、磁隐形、声隐形和可见光隐形等。
很多武器装备，如飞机、导弹、舰船、坦克、战车、水雷、大炮等，都可以采取隐身措施把自己隐蔽起来。
首先出现的是隐形飞机，通过降低雷达截面和减小自身的红外辐射实现隐形。
作为提高武器系统生存能力和突防能力的有效手段，它受到世界各主要军事国家的高度重视，从20世纪50年代开始发展以来，随着技术的发展，从简单的伪装到现代反声、光、电、磁等探测的隐身技术。
现代隐身技术主要包括反雷达探测、反红外探测、反电子探测、反可见光探测和反声波探测等隐身技术，近年来激光制导武器的快速发展，使得反激光探测技术(即激光隐身技术)也成为了各国竞相研究的对象。
1.2隐身技术实现的原理如图，A是某个物体, c是光线,假如来自四面八方不同角度照射到物体A上的光线，当要接近物体A时都自觉的绕过A后，继续沿着光线c原来的传播方向继续前进。
光子学基础知识光子学是研究光的产生、传播和控制的学科，是光学的一个重要分支。
光子学及其应用在现代科技领域中发挥着重要作用，如通信技术、材料科学、生物医学等。
本文将介绍光子学的基础知识，包括光的性质、光的传播、光的相互作用等内容。
一、光的性质光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
根据电磁谱，光波长范围从红外线到紫外线。
光的波长决定了光的颜色，短波长的光呈蓝色，长波长的光呈红色。
光的粒子性可通过光子来描述。
光子是光的能量量子，具有能量和动量。
光子的能量与光波长成反比，即能量越大，波长越短。
光子的动量与光的频率成正比，即频率越高，动量越大。
二、光的传播光的传播有两种方式：直线传播和衍射传播。
直线传播发生在光在均匀介质中传播时。
在同一介质中，光的传播是直线传播。
当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
根据斯涅尔定律，入射角、传播介质的折射率和出射角之间存在一定的关系。
衍射传播发生在光通过边缘或孔径时。
当光通过一个小孔或扩展到一个尺寸与其波长相当的孔径时，光波会发生衍射现象。
衍射使得光以扩展的方式传播，形成衍射图样。
三、光的相互作用光与物质之间存在多种相互作用，包括吸收、反射、折射和散射。
吸收是指当光与物质相互作用时，光的能量被物质吸收并转化为其他形式的能量，如热能。
物质的颜色是由其吸收和反射特定波长的光所决定的。
反射是指光在遇到物体表面时，一部分光被物体表面反射回来。
反射现象使我们能够看到周围的物体。
根据光的入射角和物体表面的性质，反射可以分为漫反射和镜面反射两种。
折射是指光从一种介质传播到另一种介质时，发生方向的改变。
折射现象可通过斯涅尔定律来描述，根据入射角和两种介质的折射率之间的关系。
散射是指光在与物质微观结构相互作用时，改变传播方向并散射到不同的方向。
散射现象是太阳光在大气中形成蓝天和彩虹的原因。
四、光子学的应用光子学在众多领域中有着广泛的应用。
在通信技术中，光纤通信是一种高速传输信号的方法。
深圳大学生物光子学讲义屈军乐、林丹樱、许改霞、于斌、邵永红等编著深圳大学光电工程学院2010年7月目录第1章绪论 ..................................................................... ...................................... 1 1.1 生物光子学的形成与发展 ..................................................................... .. 1 1.2 本书的内容及结构安排 ..................................................................... (1)第2章光子学与光谱学基础 ..................................................................... ........... 3 2.1 光在界面上的反射和折射 ..................................................................... .. 3 2.2 光的本质—波粒二象性 ..................................................................... ...... 3 2.3 光子的吸收、发射和散射 ..................................................................... .. 42.3.1 吸收与发射 ..................................................................... (4)2.3.2 散射 ..................................................................... .......................... 4 2.4 光波的干涉和衍射 ..................................................................... .............. 4 2.5 分子能级结构与光谱 ..................................................................... . (5)2.5.1 分子能级结构 ..................................................................... .. (5)2.5.2 光谱学基础 ..................................................................... ............... 5 2.6 激光与非线性光学 ..................................................................... .. (6)2.6.1 激光原理 ..................................................................... (6)2.6.2 非线性光学 ..................................................................... (6)第3章生物学基础 ..................................................................... .......................... 8 3.1 生命体的构成 ..................................................................... (8)3.1.1 细胞 ..................................................................... .. (8)3.1.2 组织 ..................................................................... .. (8)3.1.3 器官与系统 ..................................................................... ............... 8 3.2 生物大分子 ..................................................................... . (9)3.2.1 蛋白质 ..................................................................... . (9)3.2.2 核酸 ..................................................................... .......................... 9 3.3 细胞的结构与功能 ..................................................................... .............10 3.4 生物组织及动物模型 ..................................................................... (10)3.4.1 生物组织 ..................................................................... .. (10)3.4.2 动物模型 ..................................................................... .. (10)第4章光与生物体的相互作用 ..................................................................... ......12 4.1 光与生物体相互作用的形式 (12)4.2 光与细胞的相互作用 ..................................................................... (12)4.2.1 细胞中的光吸收 ..................................................................... (12)4.2.2 光致细胞过程 ..................................................................... ..........12 4.3 光与生物组织的相互作用 ..................................................................... .134.3.1 组织对光的吸收 ..................................................................... (13)4.3.2 组织对光的散射 ..................................................................... (13)4.3.3 生物组织与荧光 ..................................................................... (14)4.3.4 光热效应和光声效应 (14)4.3.5 光化学效应 ..................................................................... .. (15)第5章生物光子学成像技术 ..................................................................... ..........16 5.1 光学成像 ..................................................................... ............................16 5.2 光学显微技术 ..................................................................... ....................16 5.3 荧光显微技术 ..................................................................... ....................17 5.4 激光扫描共聚焦显微技术 ......................................................................17 5.5 多光子激发荧光显微技术 ..................................................................... .17 5.6 全内反射荧光显微技术 ..................................................................... .....18 5.7 荧光共振能量转移成像技术 (19)5.8 荧光寿命成像显微技术 ..................................................................... .....19 5.9 光学相干层析成像技术 ..................................................................... .....20 5.10 非线性光学成像技术 ..................................................................... .......20 5.11 生物光子学成像技术的发展趋势 (21)第6章超分辨成像技术 ..................................................................... .................23 6.1 光学显微镜的空间分辨率 ..................................................................... .23 6.2 非远场超分辨荧光显微技术 (23)6.3 远场超分辨荧光显微技术 ..................................................................... .236.3.1 结构光照明超分辨显微技术 (24)6.3.1.1 线性结构光照明超分辨显微技术 (24)6.3.1.2 饱和结构光照明超分辨显微技术 (24)6.3.2 干涉在光学超分辨显微技术中的应用 (24)6.3.2.1 驻波荧光显微技术 (25)6.3.2.2 非相干光干涉照明干涉成像显微技术 (25)6.3.2.3 4Pi显微技术 (2)56.3.3 利用非线性效应突破衍射极限 (26)6.3.3.1 受激发射损耗(STED)显微技术 (26)6.3.3.2 基态损耗显(GSD)微技术 (26)6.3.3.3 可逆饱和荧光跃迁(RESOLFT)显微技术 (26)6.3.4 单分子显微技术 ...........................................................................27 6.4 超分辨显微技术的发展展望 (27)第7章生物光子学中的光谱分析技术 ...............................................................29 7.1 吸收光谱技术 ..................................................................... ....................29 7.2 荧光光谱技术 ..................................................................... ....................29 7.3 拉曼光谱 ..................................................................... ............................30 7.4 荧光相关光谱技术 ..................................................................... .............31 7.5 生物大分子检测 ..................................................................... . (31)第8章其它常见的生物光子学技术 (32)8.1 流式细胞分析技术 ..................................................................... .............32 8.2 生物芯片 ..................................................................... ............................32 8.3 激光光镊技术 ..................................................................... ....................33 8.4 光动力学疗法 ..................................................................... ....................33 8.5 生物光子学中的纳米技术 ..................................................................... .33《生物光子学》讲义 2010年7月编制第1章绪论1.1 生物光子学的形成与发展生物光子学是一门新兴的交叉学科，它将可能给医学和光子应用等学科带来革命性的变化，尤其是在医学诊断和疾病预防等方面。
《光电子学》课程教学大纲课程代码：090631008课程英文名称：Optical electronics课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0适用专业：光电信息科学与工程大纲编写（修订）时间：2017.10一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标《光电子学》是光电信息科学与工程专业的一门主干的专业基础课，与多门课程内容相关，在专业课程设置中起着承上启下的作用。
通过本课程的学习，使学生了解光与物质相互作用的基础，激光产生的原理与特性，了解光在介质波导（主要是在光纤）中的传输特性，掌握发光器件的原理与特点，掌握光电转换器件的工作原理及特性等光电子学知识。
使学生在获取光电子学基本知识的过程中，注意理论联系实际，适度介绍光电子学在相关领域中的最新应用。
从而培养学生的理性思维和创新意识，增强学生的工程实践能力，为进一步学习其它专业课程打下良好的基础。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1. 基本知识：通过本课程的学习，使学生了解光与物质相互作用的基础、激光的产生、光在介质波导（主要是在光纤）中的传输特性等光电子学知识，掌握发光器件与光电转换器件等方面的知识。
基本理论和方法：了解激光的产生原理，掌握发光器件与光电转换器件的工作原理的基本原理与方法；3. 基本技能: 掌握相应的计算技能、培养实验技能。
（三）实施说明1．本大纲适用于“光电信息科学与工程”以及相近的诸如光电信息、电子信息等专业的本科生。
作为一个整体，大纲展现了光电子学的基本学科体系，应注意本课程的完整性、系统性、实用性；但部分章节的组合也可作为开设某一专题的选修课使用；2．因教学学时所限，课堂教学要做到突出重点，精讲难点，有针对性地解决理论与实际应用中可能遇到的基本光电子学问题。
教师在授课中可酌情安排各部分的学时，课时分配表仅供参考；3. 对于与其它课程交叉部分的内容，要分工明确，突出本课程在课程设置中的地位、作用与特色，即立足于光电子学涉及到的基本物理效应，重要概念与理论分析方法，器件的工作原理、主要性能特征及应用方向等；4. 注意知识的内在联系与融合贯通，注意采用课堂讲授、讨论、多媒体教学相结合的教学方式，启发学生自学并不断积累学科前沿最新知识，学会独立思考，独立提出问题与独立解决问题的能力。
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。
物理高中知识点总结选修二第一章电磁场的基本概念电磁场是指电荷和电流所产生的力场，包括静电场和磁场。
电荷和电流是电磁场的源，它们的存在和运动产生了电场和磁场。
在电磁场中，电场和磁场相互作用，形成了电磁现象。
在电磁场中，电荷和电流受到电场力和磁场力的作用，发生运动。
电荷是物质中的基本粒子，带电粒子产生的物质称作电子，未带电的物质称作中子，而电子与质子所带的电量大小相等，而符号相反，所以质子带正电。
电荷受力为Coulomb力。
单位电量为库仑量。
磁场由磁极造成，包括北极和南极，并且又孤立的磁单极，因此产生磁场的磁力线是环绕磁体的，磁极间的相互作用遵循磁力的叠加原理，磁力的大小遵守库仑定律，则单位磁通量为韦伯。
电磁场存在于空间中，可以通过电荷和电流的产生，可以通过环路定理与Gauss定理应用到电磁中，即可知道磁场的产生，电场的环路可知变化的磁通量，以及电场的闭合曲面则可知外加电荷数目。
第二章电磁感应现象与电磁感应定律电磁感应定律是反映电磁感应现象的定律。
当一磁束的率于闭合导体回路中变化时，产生感应电动势，即法拉第电磁感应定律。
法拉第电磁感应定律可以推导出电磁感应定律。
电磁感应定律的实验研究和理论分析共同揭示了磁场和电场之间的相互转化关系，以及能量的转化问题。
当闭合回路在磁场中有运动时，由于磁通量的变化，就会在回路中产生感应电动势。
电磁感应定律包括法拉第电磁感应定律和楞兹定律。
电磁感应定律的应用有很多，可以用于发电机的工作原理，是电磁学重要的应用之一。
第三章电磁感应现象的应用电磁感应现象的应用有很多，如变压器、感应电炉、感应电动机、电磁波等。
其中变压器是一种基于电磁感应现象而工作的重要设备。
变压器通过变换线圈的匝数和电流强度，实现了电压的升降，广泛应用于电力传输系统中。
感应电炉则是利用感应电动势的原理实现加热材料，广泛应用于冶金、机械制造、化工等各个行业。
感应电动机则是一种利用电磁感应现象工作的电动机，是现代工业中不可或缺的设备。
第7章光子学基础第十七章光子学基础传统光学主要是研究宏观光学特性，如光的折射、反射、成像及光传播时的干涉、衍射和偏振等波动性质，而未去探究其微观的物理原因。
然而随着光学的发展，人们逐渐地注意研究光与物质(包括光子与光子)相互作用的微观特性，以及与这种微观特性相联系的光的产生、传播和探测等过程。
同时，也逐渐注意研究光子承载信息的能力，以及它在承载信息时的处理和变换等基础问题。
现在人们用光子光学(Photon Optics)或光子学(Photonics)来概括这一领域的研究。
光子学在现代科学技术中的作用越来越显重要。
本章结合光电效应，引入光子学中的基本概念和关系式，讨论电磁场的量子化和光子的性质，并介绍两个应用。
第一节光的量子性一、光电效应与爱因斯坦光子学说(一)光电效应的规律1887年赫兹在题为“关于紫外光对放电的影响”的论文中首先描述了物体在光的作用下释放出电子的现象，这就是通常所说的光电效应。
一般采用图16-1a的装置观察金属的光电效应。
电极K和A封闭在高真空容器内，光经石英小窗照射到金属阴极K上。
当电极K受光照射时，光电子被释放出并受电场加速后形成光电流。
实验发现光电流的大小与照射光的强度成正比，照射光中紫外线越强，光电效应越强。
用一定强度和给定频率的光照射时，光电流i和两极间电位差u的实验曲线如图16-1b所示，称为光电流的伏安特性曲线。
当u足够大时，光电uu流达到饱和值I;当u?时光电流停止(称为临界截止电压)。
总结所有的m00 实验结果，得到如下规律:(1) 对某一光电阴极材料而言，在入射光频率不变条件下，饱和电流的大小与入射光的强度成正比。
(2) 光电子的能量与入射光的强度无关，而只与入射光的频率有关，频率越高，光电子的能量就越大。
,(3) 入射光有一截止频率(称为光电效应的红限)。
在这个极限频率以0下，不论入射光多强，照射时间多长，都没有光电子发射。
不同的integrated energy, chemicals and textile Yibin city, are the three core pillars of the industry. In 2014, the wuliangye brand value to 73.58 billion yuan, the city's liquor industry slip to stabilise. Promoting deep development of integrated energy, advanced equipment manufacturing industry, changning district, shale gas production capacity reached 277 million cubic metres, built the country's first independent high-yield wells and pipelines in the first section, the lead in factory production and supply to the population. 2.1-3 GDP growth figure 2.1-4 Yibin, Yibin city, Yibin city, fiscal revenue growth 2.1.4 topography terrain overall is Southwest, North-Eastern State. Low mountains and hills in the city landscape as the main ridge-and-Valley, pingba small fragmented nature picture for "water and the second land of the seven hills". 236 meters to 2000 meters above sea level in the city, low mountain, 46.6% hills 45.3%, pingba only 8.1%. 2.1.5 development of Yibin landscapes and distinctive feature in the center of the city, with limitations, and spatial structure of typical zonal group, 2012-cities in building with an area of about 76.2km2. From city-building situation, "old town-the South Bank" Center construction is lagging behind, disintegration of theold city is slow, optimization and upgrading, quality public service resources are still heavily concentrated in the old town together. Southbank Centre has not been formed, functions of the service area space is missing. Meanwhile, peripheral group centres service was weak and inadequate accounting for city development, "suspicious" pattern could not be formed. As regards transport, with the outward expansion of cities, cities have been expanding, centripetal city traffic organization has not changed, integrated energy, chemicals and textile Yibin city, are the three core pillars of the industry. In 2014, the wuliangye brand value to 73.58 billion yuan, the city's liquor industry slip to stabilise. Promoting deep development of integrated energy, advanced equipment manufacturing industry, changning district, shale gas production capacity reached 277 million cubic metres, built thecountry's first independent high-yield wells and pipelines in the first section, the lead in factory production and supply to the population. 2.1-3 GDP growth figure 2.1-4 Yibin, Yibin city, Yibin city, fiscal revenue growth 2.1.4 topography terrain overall is Southwest, North-Eastern State. Low mountains and hills in the city landscape as the main ridge-and-Valley, pingba small fragmented nature picture for "water and the second land of the seven hills". 236 meters to 2000 meters above sea level in the city, low mountain, 46.6% hills 45.3%, pingba only 8.1%. 2.1.5 development of Yibin landscapes and distinctive feature in the center of the city, with limitations, and spatial structure of typical zonal group, 2012-cities in building with an area of about 76.2km2. Fromcity-building situation, "old town-the South Bank" Center construction is lagging behind, disintegration of the old city is slow, optimization and upgrading, quality public service resources are still heavily concentrated in the old town together. Southbank Centre has not been formed, functions of the service area space is missing. Meanwhile, peripheral group centres service was weak and inadequate accounting for city development, "suspicious" pattern could not be formed. As regards transport, with the outward expansion of cities, cities have been expanding, centripetal city traffic organization has not changed, 金属具有不同的红限。
