光学
光学试题
一．填空题。
1．光在 中传播的速度最快，是 m ／s 。“坐井观天，所见甚小”，是由于光的 。
2．某同学的身高为1.6m ，站在平面镜前1.2m 处，则他在镜中的像高 m ，他与像之间的距离是 m 。
3．我国有一部古籍《淮南万毕术》记有这样一段文字：“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻”这是利用 的原理来观察周围景物的；能从各个不同方向看到一些本身不发光的物体，是因为光在物体表面发生 的缘故，黑板“反
光”是由于光射到被磨光的黑板表面上发生了 反射的缘故。
4．若入射光线与平面镜垂直，则入射角是 ；若保持入射光线的方
向不变，将平面镜绕入射点转动10°，这时反射光线与入射光线的夹角
是 。
5．如图１所示，是光从空气斜射入玻璃中时发生反射和折射的光 路图，已知∠3=∠6，则入射光线是 ，界面是 ，
界面的 边是玻璃。
6．检查视力时，人与视力表之间的距离应为5m 。现因屋子太小而使用了一个平面镜，视力表到平面镜的距离为3m ，那么人到镜子的距离应为 m 。若视力表全长为0．8m 则视力表在镜中的像的长度为 m 。
7．一位同学站在河岸上看河中的水,比实际的 ,潜水员在水中看河岸上的树,比实际的 .(填“浅”或“高”)
8.在图2中，____________图（填“甲”或“乙”）表示远视眼成像示意图。矫正远视眼应佩戴眼镜的镜片是___________透镜, 矫正近视眼应佩___________透镜（填“凸”或“凹”）。
甲
图2 乙
9.要使物体经凸透镜成正立放大的像,物体应放在凸透镜的 内;要使物体经凸透镜成倒立放大的像, 物体应放在凸透镜的 之间; 要使物体经凸透镜成倒立缩小的像, 物体应放在凸透镜的 外.
10.通过水滴看书上的字,字是 的,(填“缩小”或“放大”)此时水滴相当于 . 11显微镜与望远镜的区别：（1） ，
（2） 。 12如图8甲所示，让一束太阳光通过棱镜射
到白屏上，在光屏上就形成一条彩色光带，其
颜色自上而下依次是
不同颜色的光．若在白屏上贴一张红纸(图8
乙)，则光屏上就出现 ．
13、如图所示是上课经常使用的投影仪，请按
要求回
(1)平面镜的作用是：________________________________。
(2)灯泡的作用是：__________________________________。
(3)若在屏幕上的像比较模糊(与投影片无关)，调整方法是：
__________________________________。
14
将光屏移到图中位置时，光屏上出现了如果要想使像变小，蜡烛应向 侧移动。15、小明班照毕业照时，摄影师发现两旁还有同学没有进入取景框内，这时摄影师应使照相图１
机 同学（选填“靠近”或“远离”），同时还应 照相机的暗箱长度（选填“增长”、“缩短”或“不改变”）
二、选择题
1、下列现象不属于光的直线传播的是
A ．手影游戏
B ．海市蜃楼
C ．小孔成像
D ．穿进森林的太阳光
2．一凸透镜的焦距是10cm ，将点燃的蜡烛放在凸透镜前40cm 处，则烛焰通过凸透镜所成的像是
A ．倒立缩小的实像
B 倒立放大的实像
C ．倒立等大的实像
D ．正立放大的虚像
3、如图5所示，人眼在A 处看见水中B 处有一条鱼，若从A 处射出 一束激光，要使激光能照到鱼身上，则激光怎样射出
A ．对准
B B ．对准B 上方
C ．对准B 下方
D ．对准B /
4、晚上，在桌上铺一张白纸，把一块小平面镜放在白纸上（镜面朝
上），让手电筒的光正对白纸和平面镜照射，从侧面看去
A ．镜子比较暗，它发生了漫反射
B ．镜子比较亮，它发生了漫反射
C ．白纸比较暗，它发生了漫反射
D ．白纸比较亮，它发生了漫反射
5．如图6所示，要使入射光线与反射光线垂直，则平面镜应该绕入射点
A ．逆时针旋转30°
B ．逆时针旋转45°
C ．逆时针旋转50°
D ．逆时针旋转75°
6、如图所示，在“研究凸透镜成像规律”的实验中，光屏上出现了清晰的烛焰像．已知凸透镜的焦距为f ，由此可以判断像距v 和物距u 所在的范围是（ ）
A ．v B ．f C ．u >2f D ．f 7、小强看远处的某点时，其光路如图4所示，则下列说法正确的是（ ） A ．小强的眼睛是近视眼，应配凸透镜做成的眼镜 B ．小强的眼睛是近视眼，应配凹透镜做成的眼镜 C ．小强的眼睛是远视眼，应配凸透镜做成的眼镜 D ．小强的眼睛正常，无须配戴眼镜 8、陶瓷茶杯底部放有一枚硬币，人移动到某一位置时看不见硬币(如图甲)，往茶杯中倒人一些水后，又能够看见硬币了(如图乙)。造成“看不见”和“又看见了”的原因分别是 A ．光的直线传播和光的折射 B ．光的直线传播和光的反射 C ．光的反射和光的折射 D ．光的反射和光的直线传播 三.作图题。 1、在图11中补充完整光经平行玻璃砖后的折射光线的大致方向； 2、图11是一束平行与主光轴并射向凹凸镜的入射光线，请画出穿过透镜的折射光线。 图 5 图 6 图4 2.请你画出图甲中光线从空气斜射至水面上的反射光线和大致的折射光线； 3.如图甲所示，光从水中斜射入空气，请准确作出反射光线的方向、大致作出折射光线的方向。 4.如图(b)所示，请画出光从空气射入玻璃再从玻璃到空气的光路图． 5．如图9所示，光源S发出的一条光线射向水中，在水面发生折射后，经过P点。请你在图中大致作出入射光线和折射光线。 6.图l0所示的是光从玻璃砖斜射入空气时入射光的光路情况。请在图中画出该入射光线的折射光线的大概位置，并标出折射角。 7、如图所示，潜水员眼睛在水下A点处，B点有条小鱼，C点有只小鸟，请作出潜水员观察鱼、 9．在水池的一角有一块平面镜，现有一束光线从水中射向平面镜，如图，请完成光路图，并标出反射角（用“α”表示）和折射角（用“β”表示） 10 14．如图９为一半球形玻璃砖，请画出光线从Ｏ点（球心）射入玻璃砖到射出玻璃砖的完整光路图。 15．如图7，A、B是两块互相垂直放置的平面镜，有一条光线按图中所示方向射向A镜，请在图中完成光路图。 16、 图9 S 水 四．实验探究题。 1、在进行光学实验的探究过程中： （1）小明同学用如图所示的装置，研究光的反射规律，其中有一个可折 转的光屏，这个光屏在实验中除了能呈现光外，另一个重要作用是： ____________________________ （2）小明利用透明玻璃板、两段完全相同的蜡烛等器材探究平面镜成像的特点。选取两段完全相同的蜡烛的目的是______________.选透明玻璃不板的目的是 （3）刻度尺的作用是______________ （4）图乙是他们经过三次实验后，在白纸上记录的像与 物对应点的位置。他们下一步应该怎样利用和处理这张“白纸”上的信 息得出实验结论。 ____________________________________________。 2、究研凸透镜成像”的实验中,图13. （l ）将凸透镜正对太阳光，在透镜的另一侧移动光屏，在 透镜10cm 处，屏上呈现出最小最亮的光斑，则此凸透镜 焦距约是__________cm 。 （2）小莉同学做实验时，发现烛焰在光屏上的像偏高，如 9所示，若要使烛焰成像在光屏中心，只调节光屏，应将光屏向__________（填“上”、“下”）调节。 （3）若将烛焰移至距凸透镜 15cm 处，移动光屏，使烛焰在屏上得到倒立、_______清晰 的实像，_______ 就是应用这一原理制成的（填“照相机”、“幻灯机”或“放大镜”）。 图乙 原放置 玻璃板处 光学作图类型注意事项及相关知识点 光学作图的考查形式主要有以下五种： 1、光的反射 2、光的折射 3、平面镜成像 4、透镜的特殊光线 5、凸透镜成像 ★光学作图需注意以下几点： 1、要借助工具（铅笔和直尺），作图要规范； 2、实际光线画实线，不是实际光线（如法线、光线的反向延长线、平面镜所成的像、像与物之间的连线）要画虚线； 3、光线要标箭头，同时注意箭头的方向； 4、如光源、物点、像点有对应符号、字母的要标上； 5、法线与镜面或界面垂直，像与物之间的连线与镜面垂直，垂直要画垂足符号； 6、务必记住凸透镜的三条特殊光线，利用特殊光线可以画出凸透镜成像光路图。 相关知识点： ▲光线：用一条带箭头的直线表示（箭头代表传播方向；直线代表光沿直线传播） 光的传播：光在同种均匀介质中沿直线传播。 实像：是一个明亮的区域，因为实像是由实际光线汇聚而成的；影子：是一个阴暗的区域，因为光线透不过去，在不透明物体后面形成 的。 ▲实像与虚像 区别：1、能不能用光屏承接。实像能，虚像不能。 2、是不是由实际光线汇聚而成。实像是，虚像不是。（虚像只能用肉眼看到，它是由实际光线的反向延长线交汇而成） 3、像的特点是不是一定是倒立的。实像是，虚像不是。 ▲光的反射 反射现象中的术语： 一点：入射点O（是指光线射到反射面上的一点）两角：入射角（指入射光线与法线之间的夹角）反射角（指反射光线与法线之间的夹角）三线：入射光线（指射到物体表面的光线） 反射光线（指被物体反射出的光线）法线（指垂直于镜面的虚线） ★反射定律：三线同面，法线居中，两角相等。即：1.反射光线、入射光线和法线在同一平面上； 2.反射光线、入射光线分居法线的两侧； 3.反射角等于入射角。（注意因果关系，入射决定了反射，应把反射叙述在前面） ★关于光的反射定律，应掌握以下几点： 1）一条反射光射只对应一条入射光线 2）入射光线垂直于反射面时，入射角为0°，反射角为0°，三线重合，但方向相反。 激光冷却与捕获原子 获得低温是长期以来科学家所刻意追求的一种技术。它不但给人类带来实惠，例如超导的发现与研究，而且为研究物质的结构与性质创造了独特的条件。例如在低温下，分子、原子热运动的影响可以大大减弱，原子更容易暴露出它们的“本性”。以往低温多在固体或液体系统中实现，这些系统都包含着有较强的相互作用的大量粒子。20 世纪 80 年代，借助于激光技术获得了中性气体分子的极低温（例如，10-10K ）状态，这种获得低温的方法就叫激光冷却。 激光冷却中性原子的方法是汉斯（.. ..T W H Ansch ）和肖洛（A. L. Schawlow ）于 1975 年提出的，80 年代初就实现了中性原子的有效减速冷却。这种激光冷却的基本思想是：运动着的原子在共振吸收迎面射来的光子（图 1）后，从基态过渡到激发态，其动量就减小，速度也就减小了。速度减小的值为 /h Mc νν-?= （1） 处于激发态的原子会自发辐射出光子而回到初态，由于反冲会得到动量。此后，它又会吸收光子，又自发辐射出光子。但应注意的是，它吸收的光子来自同一束激光，方向相同，都将使原子动量减小。但自发辐射出的光子的方向是随机的，多次自发辐射平均下来并不增加原子的动量。这样，经过多次吸收和自发辐射之后，原子的速度就会明显地减小，而温度也就降低了。实际上一般原子一秒钟可以吸收发射上千万个光子，因而可以被有效地减速。对冷却钠原子的波长为 589nm 的共振光而言，这种减速效果相当于 10 万倍的重力加速度！由于这种减速实现时，必须考虑入射光子对运动原子的多普勒效应，所以这种减速就叫多普勒冷却。 由于原子速度可正可负，就用两束方向相反的共振激光束照射原子（图2）。这时原子将优先吸收迎面射来的光子而达到多普勒冷却的结果。 实际上，原子的运动是三维的。1985 年贝尔实验室的朱棣文小组就用三对方向相反的激光束分别沿x、y、z三个方向照射钠原子（图3），在6 束激光交汇处的钠原子团就被冷却下来，温度达到了240μK 。 理论指出，多普勒冷却有一定限度（原因是入射光的谱线有一定的自然宽度），例如，利用波长为589nm 的黄光冷却钠原子的极限为240μK，利用波长为852nm 的红外光冷却铯原子的极限为124μK 。但研究者们进一步采取了其他方法使原子达到更低的温度。1995 年达诺基小组把铯原子冷却到了 2.8nK 的低温，朱棣文等利用钠原子喷泉方法曾捕集到温度仅为24pK 的一群钠原子。 在朱棣文的三维激光冷却实验装置中，在三束激光交汇处，由于原子不断吸收和随机发射光子，这样发射的光子又可能被邻近的其他原子吸收，原子和光子互相交换动量而形成了一种原子光子相互纠缠在一起的实体，低速的原子在其中无规则移动而无法逃脱。朱棣文把这种实体称做“光学粘团”，这是一种捕获原子使之集聚的方法。更有效的方法是利用“原子阱”，这是利用电磁场形成的一种“势能坑”原子可以被收集在坑内存起来。一种原子阱叫“磁阱”，它利用两个平行的电流方向相反的线圈构成（图4）。这种阱中心的磁场为零，向四周磁场不断增 光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地 1.常用的非初等函数：矩形函数、Sinc函数、三角形函数、符号函数、阶跃函数、圆柱函 数。 2.δ函数的定义：a.类似普通函数定义b.序列极限形式定义c.广义函数形式定义 δ函数的性质：a.筛选性质 b.坐标缩放性质 c.可分离变量性 d.与普通函数乘积性质 4.卷积，性质：线性性质、交换律、平移不变性、结合律、坐标缩放性质 5.互相关，两个函数f(x,y）和g(x,y)的互相关定义为含参变量的无穷积分 6.惠更斯-菲涅尔原理：光场中任意给定曲面上的诸面元可以看作是子波源，如果这些子 波源是相干的，则在波继续传播的空间上任意一点处的光振动都可看作是子波源各自发出的子波在该点相干叠加的结果。 7.基尔霍夫理论：在空域中光的传播，把孔径平面上的光场看作点源的集合，观察平面上 的场分布则等于他们所发出的带有不同权重的因子的球面子波的相干叠加。 8.角谱理论：孔径平面和观察平面上的光场分布都可以分别看成是许多不同方向传播的单 色平面波分量的线性组合。 9.点扩散函数：面元的光振动为单位脉冲即δ函数时，这个像场分布函数叫做~。 10.菲涅尔衍射成立的充分条件： 传递函数： 11.泰伯效应：当用单色平面波垂直照明一个具有周期性透过率函数的图片时，发现在该透 明片后的某些距离上出现该周期函数的现象，这种不用透镜就可以对周期物体成像的现象称为~。 12.夫琅禾费衍射： 13.衍射受限系统：不考虑系统的几何像差，仅仅考虑系统的衍射限制。 14.单色信号的复表示：去掉实信号的负频成分，加倍实信号的正频成分。 多色信号的复表示： 16.如果两点处的光扰动相同，两点间的互相干函数将变成自相干函数。 18.光学全息：利用干涉原理，将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来，使物光 波前的全部信息都储存在记录介质中，做记录的干涉条纹图样被称为“全息图”，当用光波照射全息图时，由于衍射原理能能重现出原始物光波，从而形成与原物体逼真的三维像，这个波前记录和重现的过程成为~ 19.+1级波（虚像），-1级波（实像），±1级波（赝像） 20.从物光与参考光的位置是否同轴考虑：同轴全息、离轴全息。 从记录时物体与全息图片的相对位置分类：菲涅尔全息图、像面全息图、傅里叶变换全息图。 从记录介质的厚度考虑：平面全息图、体积全息图。 21.菲涅尔全息图：记录平面位于物体衍射光场的菲涅尔衍射区，物光由物体直接照到底片 上 傅里叶全息图：物体或图像频谱的全息记录。 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910262689.8 (22)申请日 2019.04.02 (71)申请人 北京理工大学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 陈文颉 游清 李晔 陈杰 窦丽华 (74)专利代理机构 北京理工大学专利中心 11120 代理人 高燕燕 (51)Int.Cl. G06F 3/01(2006.01) G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种光学式无标记的三维人体动作捕捉方 法 (57)摘要 本发明提供一种光学式无标记的三维人体 动作捕捉方法，解决了传统非光学式及光学式有 标记人体动作捕捉方法对人体运动的束缚问题， 并在一定程度上减少了单次人体动作捕捉的所 用时长。包括：利用不同关节点的位置与其和真 实人体的对应关系，确定人体关节点编号和各个 关节点之间的连接关系；利用深度卷积神经网 络，结合所述编号和连接关系，进行多角度人体 图像的二维关节点提取以及关节点之间肢体骨 骼连线，得到人体关节点的二维坐标信息；利用 不同坐标系之间的转换关系以及所述人体关节 点的二维坐标信息，绘制出三维空间中的人体骨 架模型，使该骨架模型反映出三维空间中真实的 人体姿态运动信息，便于后续将该动作捕捉方法 用于人体运动分析领域。权利要求书1页 说明书6页 附图3页CN 110633005 A 2019.12.31 C N 110633005 A 权 利 要 求 书1/1页CN 110633005 A 1.一种光学式无标记的三维人体动作捕捉方法，其特征在于，包括： 利用不同关节点的位置与其和真实人体的对应关系，确定人体关节点编号和各个关节点之间的连接关系； 利用深度卷积神经网络，结合所述编号和连接关系，进行多角度人体图像的二维关节点提取以及关节点之间肢体骨骼连线，得到人体关节点的二维坐标信息； 利用不同坐标系之间的转换关系以及所述人体关节点的二维坐标信息，绘制出三维空间中的人体骨架模型，使该骨架模型反映出三维空间中真实的人体姿态运动信息，便于后续将该动作捕捉方法用于人体运动分析领域。 2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述关节点增加了人体双脚脚尖这两个关节点。 3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述关节点包含18个人体关节点。 4.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述利用不同关节点的位置与其和真实人体的对应关系，确定人体关节点编号和连接关系采用以下方式：首先确定待提取的人体关节点位置，以及关节点与实际人体骨骼的对应关系，即确定关节点在人体骨骼上的位置；然后为所述对应关系进行关节点编码，确定人体关节点的序号，并根据真实人体肢体与骨骼方向，确定关节点之间的连接方式。 5.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述利用深度卷积神经网络，结合编号和连接关系，进行多角度人体图像的二维关节点提取以及关节点之间肢体骨骼连线具体包括以下步骤： 步骤一、将由不同角度拍摄出来的人体姿态图像传入深度卷积神经网络； 步骤二、利用深度卷积神经网络中的置信图对人体关节点的二维坐标进行提取； 步骤三、利用深度卷积神经网络中的部分肢体关系向量场以及人体关节点连接关系，判断出人体关节点之间的实际肢体方向； 步骤四、利用深度卷积神经网络中的贪婪分析算法对图像中已提取的人体关节点进行连接； 步骤五、将关节点提取结果以及连接结果显示在原人体姿态图像上，作为二维人体姿态的骨架模型。 6.如权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述利用不同坐标系之间的转换关系以及人体关节点的二维坐标信息，正确绘制出三维空间中的人体骨架模型采用以下方法：利用人体关节点的二维坐标信息，通过对图像像素坐标系、图像坐标系、摄像机坐标系以及世界坐标系之间转换关系的推导得出含有关节点未知三维坐标的方程组，利用最小二乘法针对方程进行求解，得到人体关节点的三维坐标，再利用关节点的编码顺序及相互连接关系，绘制出三维人体骨架模型。 2 ☆光学相关的计量单位☆ 光强度——坎德拉（cd），光亮度——cd/m2，光通量——流明（lm），光照度——勒克斯（lux、lx）， 1967年法国第十三届国际计量大会规定了以“坎德拉”、“坎德拉/平方米（cd/m2）”、“流明”、“勒克斯（lux、lx）”分别作为发光强度、光亮度、光通量、光照度等的单位为统一工程技术中使用的光学度量单位。 光强度——坎德拉（Candela）-cd 。1=F/Ω即光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量。 光通量——流明（lumen）-lm 。F单位时间里通过某一面积的光能，称为通过这一面积的辐射能通量。绝对黑体在铂的凝固温度下，从5.305×10cm面积上辐射出来的光通量为1lm。 为表示光强和光通量的关系，发光强度为1cd的点光源在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1lm。 光亮度——坎德拉/平方米（cd/㎡）是表示发光面明亮程度的。即指发光表面在制定方向的发光强度为垂直且制定方向的发光面的面积之比。 光照度——勒克斯（Lux）-lx 。被光均匀照射的物体，距离该光源1m处在1㎡的面积上得到的光通量是1lm时其照度为1lux，习惯称之为“烛光米”。 1、烛光、国际烛光、坎德拉（Candela）：定义在每平方米101325牛 顿的标准大气压下，面积等于1/60平方厘米的绝对“黑体”（即能够吸收全部外来光线而毫无反射的理想物体），在纯铂（Pt）凝固温度（约2042K或1769℃）时，沿垂直方向的发光强度为1坎德拉。并且，烛光、国际烛光、坎德拉的三个概念是有区别的，不宜等同。从数量上看，60坎德拉德育58.8国际烛光，亥夫钠灯的1烛光等于0.885国际烛光或者0.919坎德拉。 2、发光强度与光亮度：发光强度简称光强，国际单位是Candela（坎德拉）简写cd。Lcd是指光源在指定方向的单位立体角度内发出的光通量。光源辐射是均匀时，则光强度为l=f/Ω，Ω为立体角，单位为球面度（SR），F为光通量，单位为流明（lm），对于点光源由l=F/4。光亮度是标示发光面明亮程度的，指发光表面在制定的发光强度与垂直且制定方向的发光面的面积之比，单位是坎德拉/平方米。对于一个漫散射面，尽管各个方向的光强和光通量不同，但各个方向的亮度都是相等的。电视机的荧光屏基本上就是这样一个漫反射面，所以从各个角度去观看图像都有相同的亮度感。以下是部分光源的亮度值：（单位cd/㎡）黑白电视机120左右，彩色电视机80左右。 3、光通量与流明：光源所发出的光能是向所有方向辐射的，对于在单位时间里通过某一面积的光能称之为通过这一面积的辐射能通量。各色光的频率不同，眼睛对各色光的敏感度也有所不同，即使各色光的辐射能通量相等，在视觉上并不能产生相同的明亮程度，在各色光中黄、绿色光能激起最大的明亮感觉。如用绿色光做水准，令其光通量等于辐射能通量，则对其他色光来说，激起明亮感觉的本两碧绿色 1光学学报2中国激光（属于超一流中文光学杂志），与COL一起是中国激光杂志社旗下的三大王牌杂志，也是国内光学杂志的皇帝，每篇文章有3位审稿人审稿，文章严谨程度非常高，其中COL已经被SCI收录（SCI最新影响因子0.8左右），光学学报与中国激光是中文SCI期刊的候选期刊。 3光谱与光谱学分析【SCI（次等）】：由于自引率太高，已经多次被JCR警告，但俗话说瘦死的骆驼比马大，任然属于光学顶尖级杂志。 4光电子.激光（2009年之前分EI核心和EI 非核心，光电子激光是最早的EI核心期刊之一，每篇文章均被EI compendex收录），在光电子学方面报到的论文最多，属于一流杂志的代表，也是唯一一本由大学主办的学术期刊（前10名中），相当的不容易。 5光学精密工程（同光电子.激光实力相当，排名也可定为第四），由于期刊报道的内容没有光电子激光报道的内容专业性和新颖性强，暂定于第5吧。 6强激光与粒子束（工程科学院举办），影响因子0.9左右，发展迅速，现加入到了中国光学期刊网，推广了知名度，属于一流杂志，此杂志与中国激光杂志的研究内容很像，是中国激光杂志的小弟，如果投稿中国激光或者光学学报被退，这个杂志则是您稿件去的最佳方向。 7光子学报（在09年以前属于EI非核心），在西安光机所得率领下不断发展，10年后一直被EI核心检索，近几年凭着自己的地位和努力，经常举办或者参加会议文章的出版，在陕西地方区域具有相当的影响力，属于二流杂志的领导。 8发光学报：在中科院长春光机所领导下，终于从10年开始被EI收录，并从双月刊转为月刊，发展迅速，在11年被评为百种杰出学术期刊，不过后门开的较大。9光电工程：老牌子光电期刊，这几年走了点下坡路，但任然是光电期刊类的中流 信息光学公式 1·矩形函数 ? ??? ? ≤-=??? ??-其它 , 021,10 0a x x a x x rect F { a sinc(a x ) } = rect(f /a ) F ?? ? ??Λ= b f b 1 (bx)}{sinc 2 2·inc s 函数 ()()a x x a x x a 0 00sin x x sinc --= ??? ??-ππ 3·三角形函数 ? ????≤-=??? ??Λ其它 , 0,1a x a x a x 4·符号函数 ()?? ? ??<-=>=0,10,00, 1sgn x x x x 5·阶跃函数 ()? ??<>=0,00 ,1x x x step 6·圆柱函数 ?? ???<+=???? ??+其它 ,0, 12 22 2a y x a y x circ 极坐标内 ?? ?><=??? ??a r o a r a r , ,1circ 7·δ函数的定义 普通函数形式的定义 ()()????? ?? =? ? ?==∞≠≠=∞ ∞ -?? 1 ,0,0,0, 0,dxdy y x y x y x y x δδ 广义函数形式的定义 ()()()0,0,,φφδ=∞ ∞ -?? dxdy y x y x 其中()y x ,φ在原点处连续 δ函数的性质 设函数()y x f ,在()00,y x 点出连续，则有 筛选性质 ()()()y x f dxdy y y x x y x f ,,,00=--∞ ∞ -?? δ 坐标缩放性质 ()()y x ab by ax ,1,δδ= 可变性 ()()()y x y x δδδ=, 8·梳状函数性质 ()()()∑∑∞ -∞ =∞∞ -=-= m nx j m x x πδ2exp comb ()∑∞ ∞ -?-?=??? ???x m x x x x δcomb ()∑∞ -∞=?? ? ?? ?-?=?m x m x x δ1 xx comb ()()ξcomb x comb ??→←? ()ξx comb x x comb ????→←?? ? ????x ()()()y x comb comb y x,comb = 9·傅里叶变换 ()()(){}dxdy y x j y x f F ηξπηξ+-=∞ ∞-?? 2exp ,, ()()()[]ηξηξπηξd d y x j F y x f += ∞ ∞ -?? 2exp ,, 10·阶跃函数step(x)的傅里叶变换 (){}(){}()? ?????-= +=??πξξδj 21x sgn 12 1 x step 11·卷积的定义 ()()()()()x h x f d x h f x g *=-= ?∞ ∞ -α αα 定义()x f 和()x h 的二维卷积： ()()()()()y x h y x f d d y x h f y x g ,*,,,,=--= ??∞ ∞ -β αβαβα 卷积的几个重要性质： 线性性质： {) ,(),(),(),(),()},(),(y x g y x bh y x g y x af y x g y x bh y x af *+*=*+卷积符合交换律： ,(),(),(),(y x f y x h y x h y x f *=* 卷积符合结合律： [][] ),(),(),(),(),(),(y x g y x h y x f y x g y x h y x f **=**卷积的坐标缩放：若),(),(),(y x g y x h y x f =*，则 1.下面四种颜色中哪种颜色的光波最长(D)。 A.蓝 B.绿 C.黄 D.红 2.按照目前近代物理研究的最新成果，物质的最小的构成单位是(D)。 A.质子 B.中子 C.强子 D.夸克 3.与复印机、激光打印机一起构成现代化的光电子印刷技术，从而彻底取代了铅字手工排版的是（C） A.打字机 B.计算机 C.激光照排机 D.激光印刷机 4.第一台激光器产生于: （C） A, 1953 B, 1961 C, 1960 D, 1948 5.在雷电来临时，电光一闪即逝，但雷声却隆隆不断，这是因为（B） A．雷一个接一个打个不停 B．雷声经过地面、山岳和云层多次反射 C．光的传播速度比声的传播速度大D．声的传播速度比光的传播速度大 6.黄昏时，太阳呈红色，是因为黄昏时( B ) A.太阳发出较多的红光 B.阳光经过空气散射形成 C.太阳距地球较近 D.太阳距地球较远 7.以下双折射晶体中属于双轴晶体的是（C） A.石英 B.冰洲石 C.硫磺 D.冰 8.第一台激光器的工作物质（A） A．红宝石 B.蓝宝石 C.掺钕钇铝石榴石 D.二氧化碳 9.假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比，则（B） A. 将提前 B．将延后 C．在某些地区将提前，在另一些地区将延后 D. 不变 10.红光和紫光相比，（B） A.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较小 11.下列哪个是光通量的单位（B） A.lux B.lm C.lx D.cd 光学类期刊投稿排行 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 1光学学报2中国激光（属于超一流中文光学杂志），与COL一起是中国激光杂志社旗下的三大王牌杂志，也是国内光学杂志的皇帝，每篇文章有3位审稿人审稿，文章严谨程度非常高，其中COL已经被SCI收录（SCI最新影响因子左右），光学学报与中国激光是中文SCI期刊的候选期刊。 3光谱与光谱学分析【SCI（次等）】：由于自引率太高，已经多次被JCR警告，但俗话说瘦死的骆驼比马大，任然属于光学顶尖级杂志。 4光电子.激光（2009年之前分EI核心和EI 非核心，光电子激光是最早的EI核心期刊之一，每篇文章均被EI compendex收录），在光电子学方面报到的论文最多，属于一流杂志的代表，也是唯一一本由大学主办的学术期刊（前10名中），相当的不容易。 5光学精密工程（同光电子.激光实力相当，排名也可定为第四），由于期刊报道的内容没有光电子激光报道的内容专业性和新颖性强，暂定于第5吧。 6强激光与粒子束（工程科学院举办），影响因子左右，发展迅速，现加入到了中国光学期刊网，推广了知名度，属于一流杂志，此杂志与中国激光杂志的研究内容很像，是中国激光杂志的小弟，如果投稿中国激光或者光学学报被退，这个杂志则是您稿件去的最佳方向。 7光子学报（在09年以前属于EI非核心），在西安光机所得率领下不断发展，10年后一直被EI核心检索，近几年凭着自己的地位和努力，经常举办或者参加会议文章的出版，在陕西地方区域具有相当的影响力，属于二流杂志的领导。 8发光学报：在中科院长春光机所领导下，终于从10年开始被EI收录，并从双月刊转为月刊，发展迅速，在11年被评为百种杰出学术期刊，不过后门开的较大。 9光电工程：老牌子光电期刊，这几年走了点下坡路，但任然是光电期刊类的中流砥柱。希望在后几年能重振雄风！ 光学测量的基本参数与应用介绍 询问几乎所有具有适度模拟和电源专业知识的电气工程师来评估电源的效率，他或她将知道如何操作，或者至少如何开始该过程。你得到一个假负载或（甚至更好）一个有效负载，测量电源的电压和电流，测量电源输出的相同参数，做一些基本的计算，你有初步的答案。如果需要，可以在一系列输入值和负载以及静态和动态情况下运行测试。它可能会有点复杂，但基本的设置和过程就是这样做的。现在请求同一个工程师来测量光源的效率，例如LED或CFL，并且存在很多混乱。为什么？因为测量光学参数带来了一系列全新的问题，其中许多问题要复杂得多，并且除了基本的电气测量之外还要有细微之处。例如，您想要所有波长的光输出功率，只有可见光谱，或选定的波段（如红外线，或可见光内的切片）？你想要所有方向的功率，还是只需要特定的方向和立体角？ 光学测量有很长的历史，可以追溯到几百年前。多年来，有些术语和概念没有变化，有些已经更新为基于SI的单位（国际单位制），因此使用新旧术语或旧术语已被正式重新定义时偶尔会出现混淆（什么是“烛光”单位，无论如何？）。 在获得正确的仪器和设置之前，你必须熟悉光度学的基本光学参数和术语（可见光的测量）和比色法（测量）（颜色），所以你可以确定你正在测量你真正需要知道的东西。还要记住电气测量和光学测量之间的关键和基本区别：在大多数情况下（但不是全部，RF是例外），当您测量电功率时，您可以测量电压和电流，然后通过模拟电路或数字电路计算功率处理。但是，当您测量光功率时，您实际上是通过具有输出电压或电流的传感器来测量功率本身，该传感器与入射光功率具有明确的相关性。 关键光学参数 颜色（或色度）：这是一个明显的参数，我们用红色，黄色和绿色等词来描述，但有两种方法可以用技术来描述它。 首先是光的波长，通常以纳米（nm）表示。可见光谱跨越红色（620-750nm）至紫色（380-450nm）;超过红色，红外（IR）范围从700到1，000纳米（1毫米），而紫外线超出紫外线（紫外线，10-400纳米）。请注意，这些范围边界没有明确界定的一致边界，因 信息光学复习提纲 信息光学的特点 Ch1. 线性系统分析 1.矩形函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 2.sinc函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 3.三角函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 4.符号函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 5.阶跃函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 6.余弦函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 7. 函数：①三种定义②四大性质③作用 8.； ②图像③作用④傅里叶变换谱函数 9.梳状函数：①定义 10.高斯函数：①定义②图像③作用④傅里叶变换谱函数 11.傅里叶变换（常用傅里叶变换对） 12.卷积：四大步骤，两大效应 13.互相关、自相关的定义、物理意义 14.傅里叶变换的基本性质和有关定理 15.线性系统理论 16.线性不变系统的输入输出关系，脉冲响应函数，传递函数 17.抽样定理求抽样间隔 ~ Ch2. 标量衍射理论 1. 标量衍射理论成立的两大条件 2.平面波及球面波表达式: exp[(cos cos cos )]A ik x y z αβγ++ （求平面波的空间频率） )](2exp[]exp[22y x z ik ikz z A + 3.惠更斯——菲涅耳原理： ()?? ∑ =ds r ikr K P U c Q U )exp()()(0θ ? 4.基尔霍夫衍射理论： ?? ∑ -= ds r ikr r n r n r ikr a j Q U ) exp(]2),cos(2),cos([)exp(1 )(0000 λ 令()()θλK r ikr j Q P h ) exp(1,= 所以()??∑ = ds Q P h P U Q U ,)()(0 当光源足够远，且入射光在孔径平面上各点的入射角都不大时， (),1,cos 0≈r n (),1,cos ≈r n ().1≈∴θK 故()z ikr j Q P h ) exp(1,λ=，]})()[(211{20020z y y z x x z r -+-+≈ 5. 菲涅耳衍射——近场衍射： 0000202000022)](2exp[)](2exp[ ),()](2exp[)exp(),(dy dx yy xx z j y x z jk y x U y x z jk z j jkz y x U +-++= ?? ∞ ∞ -λπ λ6. 夫琅禾费衍射——远场衍射：（根据屏函数求衍射光强分布） 与灯具相关的光学基本知识 一. 光与电磁波： 光是一种电磁波，速度为：30×10000 km/s 波长为780～380nm（纳米）。1纳米=10的-9次方米 二. 光谱与颜色： 光谱：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 红外线波长：620～780nm。紫外线的波长：380～420nm。如下图： 波长780～620～590～560～490～450～420～380nm 太阳光：波长是780～380nm，纯白色。 白炽灯：波长为780～400nm，缺少紫光，故合成后光色略偏红黄。 荧光灯：波长为750～310nm，缺少红光，故合成后略带青色或呈青白色。 三. 灯具的主要作用： 1. 固定和保护灯； 2. 控制和分配灯光，突现所需的光分布； 3. 装饰与美化环境； 四. 照明灯具的光特性：照明灯具的光特性主要用三项技术数据来说明，即： 1. 发光强度的空间分布； 2. 灯具效率； 3. 亮度分布或灯具遮光角； 五. 发光强度的空间分布 任何灯具在空间各方向上的发光强度都不一样，我们可以用数据或图形把照明灯具发光强度在空间的分布状况记录下来，通常我们用纵坐标来表示照明灯具的光强分布，以坐标原点为中心，把各方向上的发光强度用矢量标注出来，连接矢量的端点，即形成光强分布曲线，也叫配光曲线。 因为大部份的灯具的形状是轴对称的旋转体，其发光强度在空间的分布也是轴对称的。所以，通过灯具轴线取任一平面，以该平面内的光强分布曲线来表明照明灯具在整个空间的分布就够了。如果照明灯具发光强度在空间的分布是不对称的，例如长条形的荧光灯具，则需要用若干测光平面的光强度分布曲线来说明空间光分布。取同灯具长轴相垂直的通过灯具中心下 光学指纹采集仪的抗欺骗方法 摘要：指纹采集仪是指纹识别系统的输入装置，可广泛应用于指纹锁、考勤系统、电子商务、银行储蓄、社会保险、PC和手机中，也可用于公安系统指纹比对采集作业。目前，常用的指纹采集仪有三种：光学式、电容/电感式、生物射频式。其中，光学指纹采集器是最早出现的指纹采集器，也因其使用时间长、性能可靠、价格便宜成为现阶段使用最为普遍的指纹采集器，然而，光学成像采集原理易受欺骗的缺点，使其在金融系统，尤其是金库门这种场所的使用是不安全的。为了克服这种易受欺骗的缺点，本文重点介绍了光学指纹采集仪在防止指纹欺骗方面的两种新型技术手段。 一、采集原理 光学指纹采集仪采集指纹表层纹理图像，手指接触棱镜表面，光源光线照射到压有指纹的棱镜表面形成反射光线，由于指纹的嵴和峪凹凸不同，形成反射光线的量也就不同, 反射光线再经过透镜聚焦后由光电图像传感器去捕获成像。根据采集原理的不同，可以分为亮背景指纹采集仪和暗背景指纹采集仪：暗背景指纹采集仪采用漫反射的原理，指纹的脊线与采集棱镜紧密接触，照射在脊线上的光束发生漫反射，透镜组将指纹脊线接触部位漫反射的光成像到成像装置上，显示为亮线，谷线不接触，光线仍旧透射出采集棱镜，所以谷线在成像装置上显示为暗线，从而得到暗背景的图像；亮背景指纹采集仪采用全反射的原理，指纹的脊线与采集棱镜紧密接触，破坏了全反射条件，一部分入射光被手指吸收，余下部分光发生漫反射，透镜组将该反射光束成像到成像装置上，脊线吸收了部分全反射光线，显示为暗线；谷线不与采集面接触，全反射依旧成立，显示为亮线，从而形成亮背景的指纹图像。 二、欺骗方法 由于光学成像采集方式是对指纹脊线谷线和光学棱镜表面接触程度的差异进行采集，其防假指纹欺骗的方面，要弱于其他类型（如电、热、压）的传感器。对光学成像采集方式的欺骗方法主要来源于，通过对残留的指纹进行欺骗。其原因是：由于手指上的皮脂或者污染物影响，会在指纹识别设备上留下一个残留图像（指纹残留），如果利用外界光照射传感器；或者，利用显影粉就有可能检测到该指纹残留。在刑侦工作中，这是提取犯罪指纹的重要手段，但对于指纹识别系统来说，却提供了一个伪装合法用户指纹的机会，特别是在无人值守的应用中，合法用户留下的指纹残留如果被采集为数字图像就有可能通过匹配，导致非法用户利用该残留指纹通过识别认证，从而对指纹识别系统的安全性构成威胁。 三、抗欺骗技术 通过活体识别和双模式采集的方式可以有效的区分指纹残留和手指。 活体识别的方式，通过电容式接近传感器，利用电容感应原理，感应极板是导电材料制成的板状电极，可被视为一个或一组电容，附近出现或经过的导电体和电介质改变极板系统中的介电常数，影响静电场分布，从而改变感应极板的电容。当手指靠近或者接触感应极板时，感应极板电容增加；当手指远离或离开感应极板时，感应极板电容将减小。感应测量电路用于测量感应极板的电容变化，从而判定是否有手指的存在。具体做法是在光学指纹采集装置中增加电容式接近传感器，且将电容式接近传感器感应电极放置在采集棱镜下方。当指 第1章 二维傅里叶分析 第一讲 光学中常用的几种非初等函数 δ函数 Ⅰ重要的基本概念和公式 δ函数性质 (1)筛选特性 0000(,)δ(,)d d (,)f x y x x y y x y f x y +∞-∞ --=?? (2)可分离变量 0000δ(,)δ()δ()x x y y x x y y --=-- (3)乘法性质 000000(,)δ(,)(,)δ(,)f x y x x y y f x y x x y y --=-- (4)坐标缩放 1 δ(.)δ(,)ax by x y ab = (5)积分形式 1 1 δ()cos , δ()d 22i x x xd x e ωωωωππ∞∞ ±-∞ -∞ = =?? Ⅱ 例题讲解： 证明：()x df e x x f j x δπ=? ∞ ∞ -±2 ()()[]()()() x x f x f f df x f df x f i x f df e x x x f x x x x x x x f j x x δππππππ===±=∞ →∞ ∞ ∞ -∞ ∞-±??? 22sin 22cos 22sin 2cos lim 20 2 此证明利用了关系式()()Nx c N x f N sin =； ()()y x f x N N ,lim ∞ →=δ Ⅲ 练习题： 一、计算题 1. 已知连续函数f (x )， a >0和b >0 。求出下列函数： (1) ()()()0x ax x f x h -=δ (2) ()()()[]x x comb x f x g 0-= （提出：本题主要复习δ函数的缩放性质和筛选性质；梳妆函数的抽样特征和平移复制功能） 第二讲 卷积和相关 Ⅰ重要的基本概念和公式 灯具光学相关知识 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】 光学知识 目录 （一）光照度 一、定义 光照度，即通常所说得勒克司度（lux），表示被摄主体表面单位面积上受到的光通量。1勒克司相当于1流明/平方米，即被摄主体每平方米的面积上，受距离一米、发光强度为1 烛光的光源，垂直照射的光通量。光照度是衡量拍摄环境的一个重要指标。 二、计算 室内照明利用系数法计算平均照度： 在平时做照度计算时，如果我们已知利用系数“CU”，则可以方便的利用一个经验公式进行快速计算，求出我们想要的室内工作面的平均照度值。我们通常把这种计算方法称为“利用系数法求平均照度”，也叫流明系数法。 照度计算有粗略地计算和精确地计算2种。例如，假设像住宅那样整体照度应该在100勒克斯(lx)的情况，而即使是90勒克斯(lx)也不会对生活带来很大的影响。但是，如果是道路照明的话,情况就不同了。假设路面照度必须在20勒克斯(lx)的情况下，如果是18勒克斯(lx)的话，就有可能造成交通事故频发。商店也是一样，例如，商店的整体最佳照度是500勒克斯(lx)，由于用600勒克斯(lx)的照度,所以,照明灯具数量和电量就会增加,并在经济上造成影响。无论是哪一种照度计算都是重要的。虽然只是粗略地估算,也会有20%-30%的误差。所以建议在一般情况下最好采用专业的照明设计软件进行精确模拟计算，将误差控制在最小范围内。 但有时我们由于情况特殊或场地条件所限，而不能采用照明软件模拟计算时，在计算地板、桌面、作业台面平均照度可以用下列基本公式进行，略估算出灯具照度(勒克斯lx)=光 通量(流明lm)/面积(平方米m^2) 即平均1勒克斯(lx)的照度,是1流明(lm)的光通量照射在1平方米(m^2)面积上的亮度。 用这种方法求房间地板面的平均照度时,在整体照明灯具的情况下,可以用下列公式进行计算。 平均照度(Eav)= 单个灯具光通量Φ×灯具数量(N)×空间利用系数(CU)×维护系数(K)÷地板面积(长×宽) 公式说明： 1、单个灯具光通量Φ，指的是这个灯具内所含光源的裸光源总光通量值。 2、空间利用系数(CU)，是指从照明灯具放射出来的光束有百分之多少到达地板和作业台面,所以与照明灯具的设计、安装高度、房间的大小和反射率的不同相关,照明率也随之变化。如常用灯盘在3米左右高的空间使用，其利用系数CU可取之间；而悬挂灯铝罩，空间高度6--10米时，其利用系数CU取值范围在；筒灯类灯具在3米左右空间使用，其利用系数CU可取；而像光带支架类的灯具在4米左右的空间使用时，其利用系数CU可取。以上数据为经验数值，只能做粗略估算用，如要精确计算具体数值需由公司书面提供，相关参数，在此仅做参考。 利用飞秒激光光镊捕获生物细胞3 王 锴3,邢岐荣,毛方林,郎利影,王 专,柴 路,王清月 (天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室,光电信息技术科学教育部重点实验室,天津300072) 摘要:采用自行搭建的飞秒激光光镊,实现了对人体血红细胞(RBC)的稳定捕获。使用的光源为自行搭建的掺钛蓝宝石克尔透镜锁模激光器,输出中心波长810nm、脉冲宽度40f s和重复频率为100M Hz的飞秒激光脉冲。通过实验比较了飞秒激光光镊和连续(CW)激光光镊的捕获能力,依据实验数据,比较了两者的Q值。实验结果显示,飞秒激光光镊对于捕获生物细胞同样有效,将光镊技术和飞秒激光特性相结合用于生物学研究领域会有很好的应用前景。 关键词:光镊;飞秒激光;Q值;血红细胞(RBC) 中图分类号:TN249 文献标识码:A 文章编号:100520086(2005)1221480204 Optical T rapping of Biological Using a Femtosecond Laser Tw eezers WAN G Kai3,XIN G Qi2rong,MAO Fang2lin,L AN G Li2ying,WAN G Zhuan, C HA I L u,WAN G Qing2yue (Ultrafast Laser Laboratory,College of Precision Instrument and Optoelectronics Engineering,Tianjin U2 niversity,Key Laboratory of Opto2electronics Information and Technical Science,EMC,Tianjin300072, China) Abstract:We have implemented a femto second la ser tweezers,and the stable optical trap2 ping of human red blood cells(RBC)was observed.A homemade Kerr2lens mode2locked (M L)Ti:sapphire la ser that delivers40fs pulse s at810nm with a100MHz rep etition rate was used as the light source.We mea sured the optical trapping capability and Q2values of the femto second laser tweezers in comp arison with CW laser tweezers.From the exp eri2 ments,we can see femto second laser tweezers are just as effective a s CW laser tweezers on optical trapping of biological cells.The technology of optical tweezers integrated with characteristics of femto second pulses ha s a good future. K ey w ords:optical tweezers;femtosecond laser;Q2value;red blood cells(RBC) 1 引 言 自Ashkin等[1]发明光镊后,由于光镊可以非接触、无损伤地操纵生物细胞甚至单个分子,被广泛应用于生物学和物理学的基础研究[2～4]。 迄今几乎所有应用于生物学的光镊都是利用连续(CW)激光作为光源的。近10年,飞秒激光技术和色散补偿技术迅速发展[5],现在可直接从激光振荡级输出几f s的激光脉冲[6]。飞秒激光脉冲具有极窄的脉宽和极高的峰值功率,作用于生物组织时几乎不伤及周围区域,具有很高的空间和时间分辨率。鉴于飞秒激光脉冲的独特优势和光镊技术在生物学领域广泛的应用前景,我们曾提出建立飞秒激光细胞显微手术系统[7],并对以飞秒激光作为光源的光学势阱的可行性和稳定性进行了详细的理论分析[8～10]。Malmqvist等人[11]以较高平均功率的飞秒激光为光源,捕获非线性介质颗粒的同时实现了二次谐波的产生。近年,Agate等人[12]利用飞秒激光光镊成功捕获带染料的聚合体小球,并研究了其双光子荧光发射特性。 光电子?激光 第16卷第12期 2005年12月 J ournal of Optoelect ronics?L aser Vol.16No.12 Dec.2005 3 收稿日期:2005204220 修订日期:2005206221 3 E2m ail:wangkai304@https://www.wendangku.net/doc/0915127614.html,光学作图类型注意事项及相关知识点
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