现代光学

生活中的光现象

生活中的光现象 我今天给大家带来的主要是生活中的一些光现象。 首先，我想问大家一个问题生活中你都见过哪些光？ 有的人说，加过太阳光、激光、灯光。。。。。。 那你们知道光是怎样传播的吗？ 物理学中，我们把能够发光的物体叫作光源。当光从光源中发出时，如果是在同一种均匀介质中，比如水、空气等，那么它将沿直线传播。认得影子就是这样形成的。 哎？那可能有人就有疑问了？既然光是直线传播的，为什么影子是黑色的？为什么在你的影子中看不到光呢？其实啊，光照射到物体上时，一部分光被物体吸收，一部分光被物体反射。有的物体只透光，即透明物体，它的颜色由透过的色光决定。有的物体不透光只反射光，即不透明的物体，它的颜色由反射的色光决定。所以我们的身体把光全部吸收了，影子就变成了黑色。这就是影子，或者阴影形成的原因。 那什么是反射现象呢？光在传播到不同物质时，在分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。它遵循着一定的规律。你们看到我的衣服是带颜色的，这就是光反射到你眼睛的结果。 另外一种比较常见的光现象就是折射现象。光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折。你看到水中的筷子变弯了就是折射现象。至于筷子向那一侧弯折，这就跟两种介质的折射率有关了。 那现在再问大家一个问题，当光从水射入空气中时会出现几种光现象？光光在水中传播时是直线，在水和空的分界面处，会发生两种光现象，一种是反射，另一种是光的折射。进入空气中后会继续沿直线传播。因此，当光从空气射入水中时，会发生以上三种光现象。但是有的时候我们找不到折射光线，这是怎么回事呢？当光从一种介质照到；另一种介质中，在满足一定条件下，光全部被反射回原来的介质内，这种现象，我们称之为全反射。我们现在用到的光导纤维就是利用这个原理制成的。 那么，下面我给大家做一个实验，听完我刚才的讲解，看看大家能不能解释一下其中的奥秘？“水流传光” 材料：绿色激光笔一个（代替手电）、牛奶盒一个、挡板一块，盆 一个 如图1所示，在容器底部开一个小孔，先封住小孔，在牛奶盒中盛 好水，打开激光笔，再让水从小孔中流出并射到挡板上，这时发现 挡板上水射到之处呈绿色。这就是光在水柱中发生全反射的结果。 最后，如果大家还想知道太阳发出的光的是白炽光，大气是无色透明的。那为什么天是蓝色的？早晚的太阳是红色的？请看展板

浅谈光学在生活中的应用

浅谈光学在生活中的应用 摘要：主要论述了光学的应用。如：x射线在医学上的应用，光纤通信发展现状及配电网上的实施方案，OLED显示技术，全系技术的原理及应用前景等。关键词：x射线光纤通信 OLED显示技术全系技术激光应用 英文摘要：Mainly discusses the application of optical. Such as: X-ray in medical applications, optical fiber communication development status and distribution online plan, oled display technology, all is the principle and the application prospect of technology, etc. 正文 一 x射线在影像医学的应用 从1895年德国物理学家伦琴发现X线至今已有100多年的历史，X线透视和摄片为人类的健康做出了巨大的贡献，而今影像医学作为一门崭新的学科，在近20年中以技术的快速发展和作用的日益扩大而受到普遍的重视，在我国大中城市的大医院中，影像学科已成为医院的重要科室，在医院的医疗业务、设备投资、科研中占有重要的地位。 第一X线影像形成的原理 X线之所以能使人体在荧光屏上或胶片上形成影像，一方面是基于X线的特性，即其穿透性、荧光效应和摄影效应；另一方面是基于人体组织有密度和厚度的差别。由于存在这种差别，当X线透过人体各种不同组织结构时，它被吸收的程度不同，所以达到荧光屏或X线片上的X线量即有差异。这样，在荧光屏或X线片上就形成黑白对比不同的影像。 因此，X线影像的形成，应具备以下三个基本条件：首先，X线应具有一定的穿透力，这样才能穿透被照射的组织结构，第二，被穿透的组织结构，必须存在着密度和厚度的差异，这样，在穿透过程中校吸收后剩余下来的X线量，才会是有差别的；第三，这个有差别的剩余X线，仍是不可见的，还必须经过显像这一过程，例如经X线照片或荧光屏显像，才能显示出具有黑白对比和层次差异的X线影像。 X线穿透密度不同的组织时，密度高的组织被吸收的多，密度低的组织被吸收的少，因而剩余的X线量就出现差别，从而形成黑白对比的X线影像 第二密度 (一) 物质密度与影像密度物质密度即单位体积中原子的数目，取决于组成物质的原子种类。物质密度与其本身的比重成正比例。物质的密度高，比重大，吸收的X线也多，影像在照片上呈白影，在荧光屏上黑暗。反之，物质的密度低，比重小，吸收的X线也少，影像在照片上则呈黑影，在荧光屏上明亮。由此可见、照片上的白影与黑影或荧光屏上的暗与明都直接反映物质密度的高低。在术语中，通常用密度的高与低来表达影像的白与黑。例如用高密度、中等密度和低密度或不透明、半透明、透明等术语表示物质的密度。人体组织密度发生改变时，则用密度增高或密度减低来表达。由此可见，物质密度和其影像密度是一致的。 但是，X线照片上的黑影与白影，还与被照器官与组织的厚度有关，即影像密度也受厚度的影响。 (二) 天然对比与人工对比

课程名称现代光学设计方法-北京理工大学研究生院

课程名称：现代光学设计方法 一、课程编码：0400013 课内学时：32学分：2 二、适用专业：仪器科学与技术各专业，光学工程专业，物理电子学专业 三、先修课程：应用光学，物理光学，光学测量，光学工艺等。 四、教学目的： 通过本课程的学习，使研究生： 1、了解现代光学系统像质评价所采用的方法，了解几何像差、垂轴像差、波像差、点列图、包围圆能量、光学传递函数等常用像质评价指标的概念和特点，掌握用Zemax软件中相应功能的使用方法； 2、了解光学自动设计的原理，了解适应法和阻尼最小二乘法两种自动优化方法的原理和特点，掌握用Zemax软件中自动优化功能的使用方法； 3、了解公差分析与计算的原理，掌握常用光学系统公差分析与计算的方法，掌握用Zemax软件中公差分析计算功能的使用方法； 4、学习经典光学系统的设计方法，了解变焦距系统的原理和设计方法，掌握用Zemax 软件中相应功能设计光学系统的方法； 5、学习空间光学系统、红外光学系统、非球面光学系统等现代典型光学系统的特点和设计方法。 五、教学方式： 课堂讲授，材料自学与课堂讨论，穿插设计实例分析。 六、教学主要内容及对学生的要求： 1光学系统像质评价方法4学时 1.1光学系统的坐标系统、结构参数和特性参数 1.2检测阶段的像质评价指标——星点检验 1.3检测阶段的像质评价指标——分辨率测量 1.4几何像差的定义及其计算 1.5垂轴像差的概念及其计算 1.6几何像差计算程序ABR的输入数据与输出结果 1.7几何像差及垂轴像差的图形输出 1.8用波像差评价光学系统的成像质量 1.9光学传递函数 1.10点列图 1.11包围圆能量 2光学自动设计方法4学时 2.1阻尼最小二乘法光学自动设计程序 2.2光学自动设计的全局优化 2.3适应法光学自动设计程序 2.4典型光学设计软件介绍 3公差分析与计算4学时 3.1公差设计中的评价函数 3.2光学公差的概率关系 3.3公差设计中的随机模拟检验

光学原理在日常生活中的应用

光学原理在日常生活中的应用 学科讲坛WENLIDAOHANG 光学原理在日常生活中的应用 文/韩艳红 前言:人类的智慧之光将我们的生活点缀的五彩缤纷,大镜的作用,最后得到一个较为放大的正立虚像A"B,,,此像 赏心悦目,其中光学原理和技术的应用起到了至关重要的恰又成在人眼的明视距离附近,对于门外的情况,就看得清 作用,下面将我们日常生活中光学原理的应用从理论上进楚了. 行分析与探讨.. 一 ,九龙杯的秘密 九龙杯是传说中的稀世珍宝,在一个小巧玲珑的酒杯 里斟满酒后,杯底就出现九条神气活现的龙,在云问翻腾飞 跃,像要飞出来的样子.如果把杯里的酒喝光,龙就不见了. 其实用我们学过的光学知识去分析,就一点也不神秘 了.九龙杯由杯碗,杯底和杯座三部分组成,杯座和杯底之 间放有画着九条龙的画片,杯底是一个下表面是平面,上表 面是凸面的,焦距很大的平凸透镜.相当于一个象差很大的 放大镜. 当杯内没斟酒时,画片通过平凸透镜成一个放大,正立 的虚像.像的位置在平凸透镜的下方,而且得到的像很大, 通过杯底只能看到这个虚像的很小部分,再加上这个平凸 透镜像差也很大,得到的是模糊不清的像.所以人看不到 (或看不出来)龙的画片. 如果在酒杯内斟满酒以后,酒相当于一个平凹透镜,物 体通过凹透镜会得到缩小的虚像,把杯底成的虚像缩小了,

人就能看到画片的全景了.再加上酒形成的平凹透镜产生的像差与杯底成的象差刚好相反,可以互相抵消,人能看到的像就清晰了. 透明液体不同的形状,可以起到各种透镜的作用,比如 人的眼睛,就是用液体形成的透镜来成像的,我们不是看的很清楚吗? 九龙杯的原理是物体通过两个透镜成像,耍¨果这两个 透镜配合的很好,就可以消除象差,得到非常清晰的像.照相机的镜头往往使用透镜组,就是为了减小象差,使照片更清楚. 二,防盗门的猫眼 ,L B_ ,, 室内 —— r 解:目前市场上出现防盗门镜(俗称"猫儿眼"),正看和 倒看的效果迥然不同,而此种门镜的光学原理,为透镜成像应用的实例.现把门镜的作用及其成像的光学原理简述如下. 1.门镜的作用 从室内通过门镜向外看,能看清门外视场角约为120 度范罔内的所有景象,而从门外通过门镜却无法看到室内的任何东西.若在公房或私寓等处的大门上,装上此镜,对于家庭的防盗和安全,能发挥一定的作用. 2.门镜成像的光学原理 门镜是由两块透镜组合而成.当我们从门内向外看时, 物镜u是凹透镜,目镜L2是凸透镜(光路见图1).物镜Ll

生活中的光学小实验

生活中的光学小实验 ●演示光的直线传播 器材：铅笔、光源 将铅笔对着光源，后面会出现铅笔的影子，说明光在均匀介质中沿直线传播。 ●演示小孔成像 器材：纸杯、台灯 在一次性纸杯的底部戳一个小孔，对准台灯的灯泡，通过调节孔与灯泡的距离，在白色墙壁上观察小孔成像的特点。 ●演示光的折射现象 器材：一透明玻璃杯（有水）、铅笔 将铅笔斜插入装有清水的透明玻璃杯中，发现铅笔的水中部分变得折了，这是光的折射现象。 ●演示凸透镜实验 器材：一瓶矿泉水 ⑴用一瓶矿泉水对着太阳光，可以在地面上得到“细细”的亮条，说明凸透镜对光有会聚作用。 ⑵用手握住一瓶矿泉水，隔着瓶子观察自己的手指，可以看到放大了的手指虚像，以此来演示凸透镜成放大虚像的实验。 ●演示凹透镜实验 器材：一副近视镜、课本 我们的近视眼镜片就是凹透镜，通过近视镜片观察课本上的字，不论怎样调节距离，只会看到正立变小的字，说明凹透镜只成正立缩小的虚像。 ●演示光的衍射现象

器材：两支铅笔、日光灯 把两支铅笔并在一起，中间留一条狭缝，眼睛通过狭缝去看远处的日光灯，可以看到许多彩色的衍射条纹。 ●演示凸面镜成像实验 器材：新图钉（或新不锈钢勺） 取一崭新图钉，图钉的钉帽就是一凸面镜，我们只要对着钉帽就可观察到凸面镜的成像情况。还有，崭新的不锈钢勺子的图面也是一凸面镜。 ●演示凹面镜成像实验 器材：一新不锈钢勺子（或手电筒的金属锅） 取一崭新的不锈钢勺子，其内侧就是一凹面镜，我们对着勺子内侧则可观察到凹面镜的成像情况。再有，手电筒的金属锅也是一凹面镜。 ●演示光的色散实验 器材：一浇花的喷壶、清水 找一晴天，用家里浇花的水壶（必须能喷出雾状的水雾），背对太阳朝45度角左右喷去，就会在空中出现美丽的彩虹，说明太阳光由七种颜色的光组成，这就是光的色散。

现代光学设计作业

现代光学设计——结课总结 光学工程一班陈江坤 学号2120100556

一、掌握采用常用评价指标评价光学系统成像质量的方法，对几何像差和垂轴像差进行分类和总结。 像质评价方法 一、几何像差曲线 1、球差曲线： 球差曲线纵坐标是孔径，横坐标是球差（色球差），使用这个曲线图，一要注意球 差的大小，二要注意曲线的形状特别是代表几种色光的几条曲线之间的分开程度，如果单 根曲线还可以，但是曲线间距离很大，说明系统的位置色差很严重。 2、轴外细光束像差曲线 这一般是由两个曲线图构成。图中左边的是像散场曲曲线，右边的是畸变，不同颜色 表示不同色光，T和S分别表示子午和弧矢量，同色的T和S间的距离表示像散的大小，纵坐标为视场，左图横坐标是场曲，右图是畸变的百分比值，左图中几种不同色曲线间距 是放大色差值。

3、横向特性曲线（子午垂轴像差曲线）： 不同视场的子午垂轴像差曲线，纵坐标EY代表像差大小，横坐标PY代表入瞳大小，每一条曲线代表一个视场的子午光束在像面上的聚交情况。理想的成像效果应当是曲线和横轴重合，所有孔径的光线对都在一点成像。纵坐标上对应的区间就是子午光束在理想像面上的最大弥散斑范围。这个数值和点列图中的GEO尺寸一致，GEO尺寸就是横向特性曲线中该视场三个光波中弥散最大的那个半径。其中主光线用于描述单色像差情况；三个波长曲线用于描述垂轴色差情况。横向像差特性曲线图表示了视场角由小到大时垂轴像差曲线的变化，从中可以看出子午垂轴像差随视场变化规律。子午垂轴像差曲线的形状当然是子午像差：细光束子午场曲、子午球差和子午彗差决定的，因此曲线形状和像差数量的对应关系经常在像差校正中用到。根据像差曲线可以判断出要改善系统的成像质量，就必须改变曲线的形状和位置，即改变三种子午像差的数量。 将子午光线对a、b作连线，该连线的斜率m = (Ya-Yb)/2h 与宽光束子午场曲X’T 成正比。口径改变时，连线斜率变化表示宽光束子午场曲也随着变化。当口径减小趋于0时，连线成了坐标原点(对应主光线)的切线，切线的斜率和细光束子午场曲x’t相对应。子午光线对连线的斜率与原点切线斜率之间的差和子午球差(X’T –x’t)成正比，两个斜率夹角越大，子午球差越大。即：宽光束子午场曲与细光束子午场曲的差和子午球差成正比。当宽光束子午场曲与细光束子午场曲的符号由同号变成异号时表明子午球差加大。子午光线对连线和纵坐标交点的高度等于(Ya +Yb)/2，是子午彗差K’T。不同波长子午光线对连线和纵坐标交点之差表示两种不同波长光之间的“色彗差”。彗差是与孔径和视场都有关的一个像差，主要反映了经过光学系统后与主光线原对称的光线对不再与主光线对称的情形，能量上反映了对于中心点的不对称，也就是“彗尾现象”。 至于色差情况，三个波长的横向特性曲线差值就反映了轴外点垂轴色差的情况。横向特性曲线充分反映了轴外像点的成像质量和随入瞳孔径、视场大小的变化规律。在光学设计过程中，我们需要仔细的分析这些像差中那一个占据主要地位以及采取相应的措施，达到像差校正和像差平衡的目的。 弧矢像差的分析方法与子午像差分析方法相同。 对应轴上点，只有两种像差需要分析，即：轴向球差和轴向色差。“轴上点像差特性曲线（longitudinal aberration）”，通过对于轴上点球差、轴向色差的描述，综合的反映了轴上点成像质量；“场曲和畸变特性曲线”，描述了系统的子午场曲、弧矢场曲、色散、畸变等像差参数；“横向色差特性曲线”，描述了系统垂轴色差随着视场变化的规律。 二、点列图 由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，称为点列图。，点列图是在现代光学设计中最常用的评价方法之一。

现代光学总结

现代光学总结 现代光学课已经匆匆结束，经过李老师半年的授课让我受益匪浅，现对所学内容总结如下： 一、光线光学 1.1费马原理： 费马原理：光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播。 费马原理导出定律：反射定律、折射定律、凸透镜凹透镜成像等....... 1.2哈密顿光学： 哈密顿光学：根据费马原理推得描述光线传播路径的方程，并且把分析力学中的一套研究质点运动轨迹的方法搬到光学中来，这种方法称为哈密顿光学。 适用范围：适合于研究光在折射率连续分布（非均匀）的介质中的传播。 1.3几何光学到波动光学的过渡： 光线量子力学：光纤通讯、集成光学—→光线量子化理论，适用于限制在有限厚介质薄膜中定向运动的光场量子化。 光线量子力学原理：在光线力学的基础上，接量子力学的一般原则，对力学量量子化，可以得到光线量子力学的基本方程。 光线量子力学的意义： ①解释光纤通讯、光集成的理论和技术，光在致密介质中传输的新现象发生，新的工艺技术、新的元器件的出现 ②可看成光的一种理论模型——“流线”波粒二象性。 二、波动光学 2.1单色平面波： （1）单色平面波的波函数：一般地，当平面波沿任意方向传播时，其正向传播的电矢量可表示为： 或 （2）单色平面波等相面及相速度： 波矢量k 与位置坐标矢量r 的点乘 反映了电磁波在空间传播过程中的相位延迟大小，故 通常将 为常数的空间点的集合称为等相(位)面。 等相面沿其法线方向移动的速度 称为相速度，其大小为： （3）单色平面波K 、E 、B 的关系： 平面波的电场强度矢量E 与波矢量k 正交，故平面电磁波是横波。 磁感应强度 B 也与与波矢量 k 正交，也表明平面电磁波是横磁波。 同时E 矢量与 B 矢量也正交，表明平面电磁波是横电磁波。E ，B ，k 三者相互正交，构成右手螺旋关系。 （4）平面波的能量密度和能流密度： 尽管电矢量与磁矢量的振幅相差很大，但平面电磁波的电场能量与磁场能量相等，各占总能量的一半。 ikr r E e 0E（）＝E r E cos k r 0（）＝（）k r φνdr v dt φ=k r

现代光学的发展历程

现代光学的发展 众所周知，因为有了光，人们才能看见这个色彩斑斓的世界，才能在这世界上生存。因此在我们的生活中有许许多多的光现象及其应用的产生。无论是建造艺术，还是雕塑、绘画及舞蹈艺术等众多领域都离不开光的存在，也因为有了光的存在，使其更加的炫目夺人。 那么，光在于现代是如何发挥它对人类的作用的呢？而光又是如何发展成 为现代光学呢？ 20世纪中叶随着新技术的出现，新的理论也不断发展，由于光学的应用十 分广泛，已逐步形成了许多新的分支学科或边缘学科。几何光学本来就是为设 计各种光学仪器而发展起来的专门学科，随着科学技术的进步，物理光学也越 来越显示出它的威力，例如光的干涉目前仍是精密测量中无可替代的手段，衍 射光栅则是重要的分光仪器，光谱在人类认识物质的微观结构(如原子结构、分 子结构等)方面曾起了关键性的作用，人们把数学、信息论与光的衍射结合起来， 发展起一门新的学科——傅里叶光学把它应用到信息处理、像质评价、光学计 算等技术中去。特别是激光的发明，可以说是光学发展史上的一个革命性的里 程碑，由于激光具有强度大、单色性好、方向性强等一系列独特的性能，自从 它问世以来，很快被运用到材料加工、精密测量、通讯、测距、全息检测、医 疗、农业等极为广泛的技术领域，取得了优异的成绩。此外，激光还为同位素 分离、储化，信息处理、受控核聚变、以及军事上的应用，展现了光辉的前景。 光学是物理学的一个分支, 是一门古老的自然学科, 已经有数千年发展历 史。在十七世纪前后, 光学已初步形成了一门独立的学科。以牛顿为代表的微 粒说和与之相应的几何光学；以及以惠更斯为代表的波动说和与之相应的波动 光学构成了光学理论的两大支柱。到十九世纪末, 麦克斯韦天才地总结和扩充 了当时已知的电磁学知识, 提出了麦克斯韦方程组, 把波动光学推到了一个更 高的阶段。然而, 人们对光的更进一步的认识是与量子力学和相对论的建立分 不开的。一方面, 十九世纪及其以前的光学为这两个划时代的物理理论的建立 提供了依据。另一方面, 这两个理论的建立, 更加深了人类对光学有关现象的 深入了解。从十七世纪到现在，光学的发展经历了萌芽时期、几何光学时期、 波动光学时期、量子光学时期、现代光学时期等五大历史时期。

信息光学简介

信息光学是现代光学前沿阵地的一个重要组成部分。 信息光学采用信息学的研究方法来处理光学问题，采用信息传递的观点来研究光学系统，这之所以成为可能，是由于下述两方面的原因。 首先，物理上可以把一幅光学图象理解为一幅光学信息图。一幅光学图象，是一个两维的光场分布，它可以被看作是两维空间分布序列，信息寓于其中。而信息学处理的电信号可以看作是一个携带着信息的一维时间序列，因此，有可能采用信息学的观点和方法来处理光学系统。 然而，仅仅由于上述原因就把信息学的方法引入光学还是远远不够的。在光学中可以引入信息学方法的另一个重要原因是光学信号通过光学系统的行为及其数学描述与电信号通过信息网络的行为及其数学描述有着极高的相似性。在信息学中，给网络输入一个正弦信号，所得到的输出信号仍是一个正弦波，其频率与输入信号相同，只不过输出波形的幅度和位相（相对于输入信号而言）发生了变化，这个变化与、且仅与输入信号的性质以及网络特点有关。在光学中，一个非相干的光强按正弦分布的物场通过线性光学系统时，所得到的像的光强仍是同一频率的正弦分布，只不过相对于物光而言，像的可见度降低且位相发生了变化，而且这种变化亦由、且仅由物光的特性和光学系统的特点来决定。很显然，光学系统和网络系统有着极强的相似性，其数学描述亦有共同点。正因为如此，信息学的观点和方法才有可能被借鉴到光学中来。 信息学的方法被引入光学以后，在光学领域引起了一场革命，诞生了一些崭新的光学信息的处理方法，如模糊图象的改善，特征的识别，信息的抽取、编码、存贮及含有加、减、乘、除、微分等数学运算作用的数据处理，光学信息的全息记录和重现，用频谱改变的观点来处理相干成像系统中的光信息的评价像的质量等。这些方法给沉寂一时的光学注入了新的活力。 信息光学和网络系统理论的相似是以正弦信息为基础的，而实际的物光分布不一定是正弦分布，因此，在信息光学中自然必须引入傅里叶分析方法。用傅里叶分析法可以把一般光学信息分解成正弦信息，或者把一些正弦信息进行傅里叶叠加。把傅里叶分析法引入光学乃是信息光学的一大特征。在此基础上引入了空间频谱思想来分析光信息，构成了信息光学的基本特色。 信息光学的基本规律仍然没有超出经典波动理论的范围，它仍然以波动光学原理为基础。信息光学主要是在方法上有了进一步的发展，用新的方法来处理原来的光学问题，加深对光学的理解。当然如果这些发展只具有理论的意义，它就不会像现在这样受到人们的重视，它除了可以使人们从更新的高度来分析和综合光现象并获得新的概念之外，还由此产生了许多应用。例如，引入光学传递函数来进行像质评价，全息术的应用等。

现代光学设计实验报告格式基本要求汇总

现代光学设计实验报告格式基本要求汇总

湖南文理学院物电学院实验报告 班级：姓名：指导教师：汪胜辉成绩： 实验题目：实验一：单透镜的设计实验时间：实验地点：T2C302 设计任务： 设计一个焦距为80mm，相对孔径为1/4的单透镜系统，全视场2ω为8o，物距为无限远，在可见光下工作，自选一种玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。 设计过程： 第一步：输入系统参数——入瞳直径值 插入图 第二步：输入系统参数——视场 插入图 第三步：输入系统参数——波长范围 插入图 第四步：输入“透镜数据编辑”窗口的数据 插入图 第五步：查看外形轮廓图 插入图 第六步：打开“RAY”图形窗口查看像差情况 插入图 第七步：打开“FFT MTF”图形窗口查看像差情况 插入图 第八步：设定像质评价函数 插入图；绘制表 第九步：设定参与优化的变量 插入图 第十步：输出优化后的系统参数 插入表， 第十一步：输出优化后的二维轮廓图 插入图 第十二步：输出优化后的“FFT MTF”图。 插入图 设计心得： 100字以上。 打印后左侧装订两个钉子。 实验数据文件请保存在E:\现代光学CAD 文件夹下，文件名为学号+shiyan1

湖南文理学院物电学院实验报告 班级：姓名：指导教师：汪胜辉成绩： 实验题目：实验二：双胶合透镜的设计实验时间：实验地点：T2C302 设计任务： 设计一个焦距为100mm，相对孔径为1/5的双胶合透镜系统，全视场2ω为10o，物距为无限远，在可见光下工作，自选一种玻璃，光阑设置在入射光线遇到的透镜的第一个光学表面。 设计过程： 第一步：输入系统参数——入瞳直径值 插入图 第二步：输入系统参数——视场 插入图 第三步：输入系统参数——波长范围 插入图 第四步：输入“透镜数据编辑”窗口的数据 插入图 第五步：查看外形轮廓图 插入图 第六步：打开“RAY”图形窗口查看像差情况 插入图 第七步：打开“FFT MTF”图形窗口查看像差情况 插入图 第八步：设定像质评价函数 插入图；绘制表 第九步：设定参与优化的变量 插入图 第十步：输出优化后的系统参数 插入表， 第十一步：输出优化后的二维轮廓图 插入图 第十二步：输出优化后的“FFT MTF”图。 插入图 设计心得： 100字以上。 打印后左侧装订两个钉子。 实验数据文件请保存在E:\现代光学CAD 文件夹下，文件名为学号+shiyan2

生活中的常见的光学现象有如下现象光的反射

生活中的常见的光学现象有如下现象光的反射 （1）光线射到物体表面时,传播方向发生了改变,改变方向后的光线返回原介质继续传播,这就是光的反 射现象. （2）如图1所示,AO是入射光线,OB是反射光线, ON是法线;入射光线AO与法线ON 的夹角叫做入射角,即∠AON为入射角;反射光线OB与法线ON的夹角叫反射角,即 ∠BON叫反射角. （3）光的反射定律内容是：反射光线与入射光线及法线在同一平面上;反射光线 和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角. （4）一束平行光线射到光滑平整的镜面时,反射光线仍然是平行光束.这种反射叫做镜面反射。 当平行光束照射到凹凸不平的反射面时,反射光线不再平行,而是向着不同的方向无规则散开的光束,这 种反射叫做漫反射. 镜面反射和漫反射中的每一条光线都遵循光的反射定律. 我们平时能从各个不同的方向看到一些本身不发光的物体,就是因为这些物体表面发生的是漫反射的缘故. 黑板反光是因为光射到比较光滑的黑板上发生了镜面反射。 还有这类现象平面镜 （1）平面镜成像规律：平面镜所成的是虚像,虚像和物体大小相等,它们的连线跟镜面垂直,它们到镜面 的距离相等. 此规律可理解成：平面镜所成的虚像与物体以镜面对称，根据此特点能够画出物体经平面镜所成的

虚象。. （2）平面镜的应用,可用来成像,还可用来改变光线传播的方向. 其原理是光的反射定律。 6.球面镜 （1）凹镜用球面的内表面作反射面的叫做凹镜. 凹镜对光有会聚作用,它有一个实焦点. 太阳灶、太阳炉、汽车头灯及探照灯的反射面都是凹镜的重要应用. （2）凸镜用球面的外表面作反射面的叫做凸镜. 凸镜对光有发散作用,它有一个虚焦点. 汽车上的观后镜：及马路交叉路口处安装的都是凸镜,可用来扩大视野. 7.光的折射 （1）光从一种介质射击入另一种介质时,在两种介质的交界面处,光的传播方向一般会发生变化,这就是 光的折射. （2）如图2所示,AO是由空气中射向水面的入射光线,MMˊ是水面,NNˊ是法线,OB 即为进入水中的折射光线,与AO相比,OB的传播方向已发生了改变.AO与的ON 夹角叫 入射角,折射光线OB与法线ONˊ的夹角叫折射角. （3）光的折射规律：折射光线与入射光线及法线在同一个平面上;折射光线与入 射光线分居在法线的两侧;当光线从空气斜射入水或玻璃等其他透明物质时,折射角小于入射角;当光从水 或玻璃等其他透明介质斜射入空气时,折射角大于入射角. （4）人在水面外斜看水中的物体,看到的是物体的虚像,此虚像比原物体靠近

现代光学的基础

费马原理是一个描述光线传播行为的原理：光线沿光程为平稳值的路径传播。即： ? -P Q ds r n 平均值)( 数学表达式：? ==P Q l L ds r n QP L )()()( 0)(L 0)(==?l ds r m P Q δ或 2. 光程性原理求由聚光纤维薄片制成的微透镜焦距公式 利用物像等光程性有 ()(' ' QOQ L QMQ L = 2 2' 2 2 ' ' ')()()(h x n h s n MQ n QM n QMQ L +?-++?+=+= x n ns QOQ L ' ' )(+= 由于是薄片微透镜，所以x r s ,,<

??? ?? ????? ???=??=????-=??=??t E H H t H E E 0 00 0εεμμ 平面波 )cos(),(0?ω-?-=r k t A t r U )0设(),(0~ =?=?-??t k i r k i e Ae t r U 复振幅 ) cos cos (cos ) (~ ,U z y x ik z k y k x k i r k i Ae Ae Ae t r z y x γβα++++?===）（ 球面波 )cos(),(01?ω-?-= r k t r a t r U )0(),(01~ =?= -??ω设t i r k i e e r a t r U 复振幅2 222 2 2 1 1~ )(z y x k i r ik e z y x a e r a P U ++??++= = )(发散球面波 2 221~ )(z y x r e r a P U r ik ++== ?-， )(汇聚球面波 2 02 02 01 ~ )()()()(z z y y x x r e a P U r ik -+-+-= = ?±，（轴外源点） 平面波 波前函数 （（z=0）平面上）x ik Ae y x U θsin ~ ),(= 球面波 波前函数 ①2 221~ ),(r y x r e r a y x U r ik ++== ?，（发散球面波） ②2 2 2 1~ r ),(++= = ?-y x r e r a y x U r ik ，（汇聚球面波） 例题：已知一列波长为λ的光波在（x ，y ）接受面上的波前函数为 fx i Ae y x U π2~ ),(-=其中常量f 的单位为1 -mm ，试分析与波前函数相 联系的波的类型与特征。 解：由上式可见该波前因子是一个线性相因子，故可断定它代表了一列平面波，为了进 一步确定该平面波的传播方向，现将波前函数改写为含波数k 的形式

现代光学前沿

2015 年 春 季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 关于玻色爱因斯坦凝聚的研究综述 1. 概念 设在体积为V 的容器中存在由N 个同种玻色粒子组成的理想气体。理想玻色气体处于热平衡状态时服从玻色—爱因斯坦统计。如果以n (εi) 表示热平衡时处于能级εi 的某一量子态中的平均粒子数，则n (εi ) 可表示为 ()1 (1) i i KT n e εμε-=- 式中μ为粒子的化学势，对于玻色系统它要满足μ≤0； k 为玻耳兹曼常量。系统的总粒子数为 ()() 11i i i i KT N n e εμε-==-∑∑ 用N0表示处于最低能级(ε0 = 0) 的粒子数，用N ′表示处于较高能级中的粒子数，则总粒子数可表为 0N N N =+' 而001KT N G e μ=- 其中G 0 为ε0 = 0 能级的微观态数，可设G 0 = 1。 0()11i i KT N e εμ≠-='-∑ 应对εi ≠0 的所有微观态求和。 利用上式，近似地用积分代替求和，并考虑到函数的单调性可知，在某一特定的温度， N ′有一个上限Nmax ，则 32max 22() 2.612mkT N SV N h π≤?=' 式中S 表示粒子的一个空间运动状态对应S 个不同的自旋态， m 为玻色子的质量，h 为普朗克常量。这个特定的温度称为临界温度，用TC 表示。当T < TC 时，N ’( T) < N ，其余的N – N ’( T)个粒子都进入到最低能级(ε0 = 0) 中去。此时可推得

32 ()c T N N T =' 032][1()c T N N T =- 这个结果表明:当系统的温度低于临界T C 时，粒子将迅速在最低能级集结，使N 0 成为与N 可以比拟的量，若T = 0，则N 0 = N ，即全部粒子都转移到最低能级，这个现象就是玻色—爱因斯坦凝聚。 2. 国内外研究动态 早在1924 年，爱因斯坦在理论上就预言，当温度足够低时理想玻色子就会出现玻色—爱因斯坦凝聚现象。此后，许多科学家都想在实验上证实这一预言的存在，但由于当时实验条件和实验技术有限，在爱因斯坦预言后70 年内都无法在实验上证实这一点。到了上世纪80 年代末和90 年代初，美国国家标准与技术研究所的埃里克·康奈尔博士和科罗拉多大学的卡尔·维曼教授带领一批学生和博士后(称为J ILA 小组) 从事玻色—爱因斯坦凝聚研究达6 年之久，终于在1995 年7 月，在原子铷的蒸汽中实现了这种凝聚；同年8 月，美国Rice 大学的Hulet 小组报道了在锂原子中观察到了玻色—爱因斯坦凝聚；11月，美国麻省理工学院的Ketterle 小组又报道了钠原子的玻色—爱因斯坦凝聚结果。这3 个实验可称为玻色—爱因斯坦凝聚研究历史上的重要里程碑。3 个实验各有特点。J ILA 小组的工作最早完成，是首创的。在他们的实验中原子铷首先被激光冷却，然后载入磁陷阱通过强力蒸发被进一步冷却到创记录的低温(170nk) 下，从而获得凝聚物，这正是人们期望已久的新物态—玻色—爱因斯坦凝聚态。Ketterle 小组的特点是快速冷却，能在7s 内使相空间密度增大6 个数量级。他们的凝聚物中包含着更多的原子，密度超过1014/ cm3 。以上两个小组都是在具有正散射长度(α> 0) 的原子气体中实现玻色—爱因斯坦凝聚的，而Rice 大学的Hulet 小组是在具有负散射长度(α< 0) 的锂原子中找到玻色—爱因斯坦凝聚的证据，这是他们的一大特色。 1995 年后，世界上有许多实验室都投入实现玻色—爱因斯坦凝聚的研究。至今已有近30 个研究小组宣称他们实现了玻色—爱因斯坦凝聚(其中包括日本的三个小组) 。其中绝大部分是采用铷原子蒸汽为样品，这是因为铷原子在冷却中涉及的跃迁波长在780mm 附近，可采用半导体激光器作为冷却用的激光，运转稳定，实验周期短。1998 年6 月，美国麻省理工学院小组实现了氢原子的玻色—爱因斯坦凝聚。氢原子曾被认为是实现玻色—爱因斯坦凝聚的最理想材料，50 年代起就有人提出以它首选。因为它较轻，在相同的温度下有较长的热波长，容易达到玻色—爱因斯坦凝聚的要求。但氢原子系统在形成玻色—爱因斯坦凝聚的过程中，由于二体偶极弛豫会随温度的下降而迅速减少系统的原子数，产生一些特殊困难，以致实验上反而落在别的原子系统之后，MIT 小组在氢原子中实

生活中的光学

生活中的光学摘要：光是人们生活中最长见的物质之一，无处不有光的影子，每天从睡梦中醒来，我们的眼睛最先接触到的就是光。光学在人们的日常生活中有着广泛的应用，从自然光、照明、摄影到激光、光纤通信、3D电影，无一不是光学的应用。本文就光的不同性质在生活中产生的现象以及其应用做一个简要的介绍，以使大家对光学在生活中的应用有一个初步了解。 关键字: 光学生活 正文：光是在人们的生活中占据着重要的地位，可以说是任何事物都无法取代的，没有光，就没有这五彩缤纷的世界，世界将一片黑暗，没有了光，就不可能有现在这个世界。从古代开始，人们便对光学有了一定的了解，但是由于人们的认识所限，不可能对世界上的各种光学现象作出合理的，科学的解释。随着科技的发展，人们对光的认识也不断加深，能够合理地解释各种光学现象，并能利用光更好的为人们服务。下面我们来针对生活中的光的不同特性产生的现象来揭开生活中一些现象的神秘的面纱。 1．光的直线传播 中国有句俗语叫做“未见其人，先闻其声”这正是由于光和声音的不同性质而产生的现象，光的波长较短，而声波的波长较长，根据波的衍射原理，与障碍物尺寸相差不大的波长的波可以产生明显的衍射现象，因而声音可以绕过墙壁等障碍物传播到人的耳朵里，而光却不能绕过墙壁等障碍物传播到人的眼睛里。 因为光的波长较短所以衍射现象不明显，因此在宏观上可以认为光沿直线传播。光沿直线传播这一特性在生活中也得到了广泛的应用，例如射击时的瞄准，激光准直等现象。光的直线传播还形成了一些特有的现象，日食和月食的形成原理都是由于光的直线传播。具体的形成原因如下：日食是在同一直线上的太阳、月亮和地球之间，月亮把太阳光挡住，致使地球上的局部地方，即使是白天，也看不到太阳或只看到残缺的太阳，太阳完全被遮住称为日全食，遮住部分称为日偏食。而月食，是在同一直线上的地球把太阳光遮住，致使在晴朗的夜空，月亮也变得黑黑的，同样月食也分月全食和月偏食。在我国古代的时候，由于人们不了解月食的形成原因，迷信地认为发生月食是将要有大的灾难，因此古时人们把月食叫做“天狗吃月亮“，现在我们知道，日食和月食都是光的直线传播规律的一个自然而然的现象。光的直线传播还产生了小孔成像等现象，在晴朗的天气可以直观的看到树林中光线直线传播的现象。 2.光的反射 光的反射在生活中也有广泛的运用，最常用的应该属于大家常见的镜子，由于光的反射，镜子可以把接收到的光反射过来，这样人就可以在镜子中看到自己的样子。由于光的反射线总是与入射线分居法线两边，且与法线夹角相同，如果把镜子的面做的不是很平整，那么在镜子中看到的像就发生拉伸或扭曲，这就是哈哈镜的原理，哈哈镜表面做的不平整，当人从镜子中看到自己的扭曲的像时会忍不住哈哈大笑，哈哈镜因此得名。 汽车的后视镜也运用了光的反射原理，汽车后视镜作出凹面，后面的景物反射回人眼时就缩小了，因此可以在很小的镜面中看到后面的大面积景物。光的反射在交通工具另一应用：高速公路上的标志牌都用"回归反光膜,,制成,夜间行车时,它能把车灯射出的光逆向返回,所以标牌上的字特别醒目.另外运用各种曲面对光的不同反射作用可以使光汇集或发散，手电

生活中的光学

生活中的光学 正文：光在人们的生活中占据着重要的地位，可以说是任何事物都无法取代的。没有光进入人眼，就没有这五彩缤纷的世界，世界将一片“黑暗”。有了光进入眼睛，我们就看见世界一片“光明”。 1．光的直线传播 中国有句俗语叫做“未见其人，先闻其声”这正是由于光和声音的不同性质而产生的现象，光的波长较短，而声波的波长较长，根据波的衍射原理，与障碍物尺寸相差不大的波长的波可以产生明显的衍射现象，因而声音可以绕过墙壁等障碍物传播到人的耳朵里，而光却不能绕过墙壁等障碍物传播到人的眼睛里。 因为光的波长较短所以衍射现象不明显，因此在宏观上可以认为光沿直线传播。光沿直线传播这一特性在生活中也得到了广泛的应用，例如射击时的瞄准，激光准直等现象。光的直线传播还形成了一些特有的现象，日食和月食的形成原理都是由于光的直线传播。具体的形成原因如下：日食是在同一直线上的太阳、月亮和地球之间，月亮把太阳光挡住，致使地球上的局部地方，即使是白天，也看不到太阳或只看到残缺的太阳，太阳完全被遮住称为日全食，遮住部分称为日偏食。而月食，是在同一直线上的地球把太阳光遮住，致使在晴朗的夜空，月亮也变得黑黑的，同样月食也分月全食和月偏食。在我国古代的时候，由于人们不了解月食的形成原因，迷信地认为发生月食是将要有大的灾难，因此古时人们把月食叫做“天狗吃月亮“，现在我们知道，日食和月食都是光的直线传播规律的一个自然而然的现象。光的直线传播还产生了小孔成像等现象，在晴朗的天气可以直观的看到树林中光线直线传播的现象。 2.光的反射 光的反射在生活中也有广泛的运用，最常用的应该属于大家常见的镜子，由于光的反射，镜子可以把接收到的光反射过来，这样人就可以在镜子中看到自己的样子。由于光的反射线总是与入射线分居法线两边，且与法线夹角相同，如果把镜子的面做的不是很平整，那么在镜子中看到的像就发生拉伸或扭曲，这就是哈哈镜的原理，哈哈镜表面做的不平整，当人从镜子中看到自己的扭曲的像时会忍不住哈哈大笑，哈哈镜因此得名。 汽车的后视镜也运用了光的反射原理，汽车后视镜作出凹面，后面的景物反射回人眼时就缩小了，因此可以在很小的镜面中看到后面的大面积景物。光的反射在交通工具另一应用：高速公路上的标志牌都用"回归反光膜,,制成,夜间行车时,它能把车灯射出的光逆向返回,所以标牌上的字特别醒目.另外运用各种曲面对光的不同反射作用可以使光汇集或发散，手电筒里的反射镜就是运用这个原理将从小灯泡发出的光反射后沿直线射出。 3.光的色散 白光是由赤橙黄路青蓝紫七种不同颜色的光复合而成的，白光的色散也在生活中产生了漂亮的景象，彩虹便是其中之一。 彩虹是太阳光穿透雨的颗粒时形成的。原本光是笔直行进的，但它也具有一旦进入水中就会折射的性质。因此太阳光在通过雨的颗粒时就会折射。此时，由于光折射的角度因颜色而各异，所以七种颜色会以各自不同的角度折射。所以七种颜色会很漂亮地排列起来。这就是形成彩虹的原理。因为彩虹呈现于与太阳方向相反的天空，所以想在雨后看彩虹时要背对着太阳。 4.激光 激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光的特点：1. 定向发光。2.亮度极高3.颜色极纯。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出

现代光学设计外文翻译

现代光学设计外文翻译

毕业设计(论文)外文资料翻译 系：电子工程与光电技术系 专业：光电信息科学与工程 姓名： 学号： 外文出处：Smith W J. Modern lens (用外文写) design[M]. New York: McGraw-Hill, 2005. 附件： 1.外文资料翻译译文；2.外文 原文。 指导教师评语： 成绩

签名年月日注：请将该封面与附件装订成册。

附件1：外文资料翻译译文 现代光学设计 2.1评价函数 到底什么是大家所说的自动光学设计，当然，自动并不是指电脑能够自己来完成设计。实际上它所描述的是使用计算机对光学系统进行优化的程序，并通过评价函数（它不是一个真正的优化函数，实际上是一个缺陷函数）定义的优化方案。不管前面的免责声明，我们将在下面的讨论中使用被大家普遍接受的术语。 从广义上说，评价函数可以描述为计算特性，其目的是用一个单纯的数字来完整地描述一个给定的透镜的质量或者功能。这显然是一个极其困难的事情。典型的评价函数是许多图像缺陷值的平方之和，通常这些图像的缺陷通过视场中的三个位置参数来进行评价（除非该系统包括一个非常大或非常小的视场角）。使用缺陷的平方来计算可以确保一个负值的缺陷不会抵消其它的正值的缺陷。 缺陷可以是许多不同种类的，它们中的大多数通常都涉及到图像的质量。任何可以被计算的光学特性都会被分配一个目标值，然而，当实际值偏离这一目标值时该特性被视为存在缺陷。一些不太复杂的程序利用三阶（赛德尔）像差来计算缺陷；这提供了一种快速而有效的方式来调整设计。这种方法虽然没有真正优化图像质量，但他们在普通镜头的纠正上有很好地效果。另一种类型的评价函数的原理是追迹从一个对象发出的大量光线。将所有的出射光线相交的图心与图像平面的交点的径向距离视作图像缺陷。因此，评价函数是光斑在几个视场角的有效尺寸总和的均方根（RMS）。这种类型的评价函数的效率较为低下，因为它需要追迹大量的光线，但它所具有的优点也正是在于它追踪了大量的光线，因此从某种意义上说它所包含的数据量很大，对于光线的反映十分的完整全面。还有一种评价函数，它计算出古典像差的值，并将其转换（或计算）成等效的波振面的形变。（几种常见的像差转换系数见附录F- 12第二段）。这种方式非常有效，它的优点是节省了计算时间，优化设计的功能更好。还有一种类型的评价函数的使用波阵面的方差来定义的缺陷项。这种类型的评价函数中使用各种“大卫灰色”程序，当然这是市面上可以买到的对畸变产生平衡的最好的评价函数之一。