光学的论述
关于光学的论述
电子与信息工程学院电信2班
摘要：光学已成为为现代科研的重要内容，传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。光学将成为今后光学工程学科的重要发展方向。
Abstract：Optical has become the important contents for the modern scientific research, the traditional optical only research visible light, and modern optical already expanded to whole wavelength electromagnetic wave of research. Light is an electromagnetic wave, in physics, electromagnetic wave by electrodynamics of maxwell's equations describing, At the same time, the light has wave-particle duality, need to use the quantum mechanics expression. Optical will become future optical engineering discipline of important development direction.
关键词：光学、现代科技、应用、研究、历史、前景
一、光学的概述
在早期，主要是基于几何光学和波动光学拓宽人的视觉能力，建立了以望远镜、显微镜、照相机、光谱仪和干涉仪等为典型产品的光
学仪器工业。这些技术和工业至今仍然发挥着重要作用。本世纪中叶，产生了全息术和以傅里叶光学为基础的光学信息处理的理论和技术。特别是六十年代初第一台激光器的问世，实现了高亮度和高时一空相干度的光源，使光子不仅成为了信息的相干载体而且成为了能量的有效载体，随着激光技，本和光电子技术的崛起，光学工程已发展为光学为主的，并与信息科学、能源科学、材料科学。生命科学、空间科学、精密机械与制造、计算机科学及微电子技术等学科紧密交叉和相互渗透的学科。它包含了许多重要的新兴学科分支，如激光技术、光通信、光存储与记录、光学信息处理、光电显示、全息和三维成像薄膜和集成光学、光电子和光子技术、激光材料处理和加工、弱光与红外热成像技术、光电测量、光纤光学、现代光学和光电子仪器及器件、光学遥感技术以及综合光学工程技术等。这些分支不仅使光学工程产生了质上的跃变，而且推动建立了一个规模迅速扩大的前所未有的现代光学产业和光电子产业。
近些年来，在一些重要的领域，信息载体正在由电磁波段扩展到光波段，从而使现代光学产业的主体集中在光信息获取、传输、处理、记录、存储、显示和传感等的光电信息产业上。这些产业一般具有数字化、集成化和微结构化等技术特征。在传统的光学系统经不断地智能化和自动化，从而仍然能够发挥重要作用的同时，对集传感、处理和执行功能于一体的微光学系统的研究和开拓光子在信息科学中作用的研究，将成为今后光学工程学科的重要发展方向。
二、光学的发现
光学的起源在西方很早就有光学知识的记载，欧几里得的《反射光学》研究了光的反射；阿拉伯学者阿勒·哈增写过一部《光学全书》，讨论了许多光学的现象。
光学真正形成一门科学，应该从建立反射定律和折射定律的时代算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。17世纪，望远镜和显微镜的应用大大促进了几何光学的发展。
光的本性（物理光学）也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传播的性质。19世纪以前，微粒说比较盛行。但是，随着光学研究的深入，人们发现了许多不能用直进性解释的现象，例如干涉、衍射等，用光的波动性就很容易解释。於是光学的波动说又占了上风。两种学说的争论构成了光学发展史上的一根红线。
狭义来说，光学是关于光和视见的科学，光学这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。而今天，常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作用的科学。光学是物理学的一个重要组成部分，也是与其他应用技术紧密相关的学科。
三、光学的历史发展
人类对光的研究，最初主要是试图回答“人怎么能看见周围的物体？”之类问题。约在公元前400多年，中国的《墨经》中记录了世界上最早的光学知识。它有八条关于光
学的记载，叙述影的定义和生成，光的直线传播性和针孔成像，并且以严谨的文字讨论了在平面镜、凹球面镜和凸球面镜中物和像的关系。
自《墨经》开始，公元11世纪阿拉伯人伊本·海赛木发明透镜；公元1590年到17世纪初，詹森和李普希同时独立地发明显微镜；一直到17世纪上半叶，才由斯涅耳和笛卡儿将光的反射和折射的观察结果，归结为今天大家所惯用的反射定律和折射定律。
1665年，牛顿进行太阳光的实验，它把太阳光分解成简单的组成部分，这些成分形成一个颜色按一定顺序排列的光分布——光谱。它使人们第一次接触到光的客观的和定量的特征，各单色光在空间上的分离是由光的本性决定的。
牛顿还发现了把曲率半径很大的凸透镜放在光学平玻璃板上，当用白光照射时，则见透镜与玻璃平板接触处出现一组彩色的同心环状条纹；当用某一单色光照射时，则出现一组明暗相间的同心环条纹，后人把这种现象称牛顿环。借助这种现象可以用第一暗环的空气隙的厚度来定量地表征相应的单色光。
19世纪初，波动光学初步形成，其中托马斯·杨圆满地解释了“薄膜颜色”和双狭缝乾涉现象。菲涅耳于1818年以杨氏乾涉原理补充了惠更斯原理，由此形成了今天为人们所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圆满地解释光的干涉和衍射现象，也能解释光的直线传播。
在进一步的研究中，观察到了光的偏振和偏振光的干涉。为了解
释这些现象，菲涅耳假定光是一种在连续媒质中传播的横波。为说明光在各不同媒质中的不同速度，又必须假定以太的特性在不同的物质中是不同的；在各向异性媒质中还需要有更复杂的假设。此外，还必须给以太以更特殊的性质才能解释光不是纵波。如此性质的以太是难以想象的。
1846年，法拉第发现了光的振动面在磁场中发生旋转；1856年，韦伯发现光在真空中的速度等于电流强度的电磁单位与静电单位的比值。他们的发现表明光学现象与磁学、电学现象间有一定的内在关系。 1896年洛伦兹创立电子论，才解释了发光和物质吸收光的现象，也解释了光在物质中传播的各种特点，包括对色散现象的解释。在洛伦兹的理论中，以太乃是广袤无限的不动的媒质，其唯一特点是，在这种媒质中光振动具有一定的传播速度。
1900年，普朗克从物质的分子结构理论中借用不连续性的概念，提出了辐射的量子论。他认为各种频率的电磁波，包括光，只能以各自确定分量的能量从振子射出，这种能量微粒称为量子，光的量子称为光子。
量子论不仅很自然地解释了灼热体辐射能量按波长分布的规律，而且以全新的方式提出了光与物质相互作用的整个问题。量子论不但给光学，也给整个物理学提供了新的概念，所以通常把它的诞生视为近代物理学的起点。
在20世纪初，一方面从光的干涉、衍射、偏振以及运动物体的光学现象确证了光是电磁波；而另一方面又从热辐射、光电效应、光
压以及光的化学作用等无可怀疑地证明了光的量子性——微粒性。
1922年发现的康普顿效应，1928年发现的喇曼效应，以及当时已能从实验上获得的原子光谱的超精细结构，它们都表明光学的发展是与量子物理紧密相关的。光学的发展历史表明，现代物理学中的两个最重要的基础理论——量子力学和狭义相对论都是在关于光的研究中诞生和发展的。
自20世纪50年代以来，人们开始把数学、电子技术和通信理论与光学结合起来，给光学引入了频谱、空间滤波、载波、线性变换及相关运算等概念，更新了经典成像光学，形成了所谓“博里叶光学”。再加上由于激光所提供的相乾光和由利思及阿帕特内克斯改进了的全息术，形成了一个新的学科领域——光学信息处理。光纤通信就是依据这方面理论的重要成就，它为信息传输和处理提供了崭新的技术。在现代光学本身，由强激光产生的非线性光学现象正为越来越多的人们所注意。激光光谱学，包括激光喇曼光谱学、高分辨率光谱和皮秒超短脉冲，以及可调谐激光技术的出现，已使传统的光谱学发生了很大的变化，成为深入研究物质微观结构、运动规律及能量转换机制的重要手段。它为凝聚态物理学、分子生物学和化学的动态过程的研究提供了前所未有的技术。
四、光学的研究内容
我们通常把光学分成几何光学、应用光学、物理光学和量子光学。
1、几何光学
是从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播问题的学
科。它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。
物理光学是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。它可以比较方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向异性的媒质中传插时所表现出的现象。
2、量子光学
量子光学是以辐射的量子理论研究光的产生、传输、检测及光与物质相互作用的学科。1900年普朗克在研究黑体辐射时，为了从理论上推导出得到的与实际相符甚好的经验公式，他大胆地提出了与经典概念迥然不同的假设，即“组成黑体的振子的能量不能连续变化，只能取一份份的分立值”。
1905年，爱因斯坦在研究光电效应时推广了普朗克的上述量子论，进而提出了光子的概念。他认为光能并不像电磁波理论所描述的那样分布在波阵面上，而是集中在所谓光子的微粒上。在光电效应中，当光子照射到金属表面时，一次为金属中的电子全部吸收，而无需电磁理论所预计的那种累积能量的时间，电子把这能量的一部分用于克服金属表面对它的吸力即作逸出功，余下的就变成电子离开金属表面后的动能。这种从光子的性质出发，来研究光与物质相互作用的学科即为量子光学。它的基础主要是量子力学和量子电动力学。光的这种既表现出波动性又具有粒子性的现象既为光的波粒二象性。后来的研
究从理论和实验上无可争辩地证明了：非但光有这种两重性，世界的所有物质，包括电子、质子、中子和原子以及所有的宏观事物，也都有与其本身质量和速度相联系的波动的特性。
3、物理光学
的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。波动光学不详论介电常数和磁导率与物质结构的关系，而侧重于解释光波的表现规律。波动光学可以解释光在散射媒质和各向异性媒质中传播时现象，以及光在媒质界面附近的表现；也能解释色散现象和各种媒质中压力、温度、声场、电场和磁场对光的现象的影响。
4、应用光学
光学是由许多与物理学紧密联系的分支学科组成；由于它有广泛的应用，所以还有一系列应用背景较强的分支学科也属于光学范围。例如，有关电磁辐射的物理量的测量的光度学、辐射度学；以正常平均人眼为接收器，来研究电磁辐射所引起的彩色视觉，及其心理物理量的测量的色度学；以及众多的技术光学：光学系统设计及光学仪器理论，光学制造和光学测试，干涉量度学、薄膜光学、纤维光学和集成光学等；还有与其他学科交叉的分支，如天文光学、海洋光学、遥感光学、大气光学、生理光学及兵器光学等。
参考文献：
1、苏显渝等，《信息光学》，科学出版社，2006
2、扬震寰著，母国光等译，《光学信息处理》南开大学出版社，2007
3、清华大学光学仪器教研组，《信息光学基础》，机械工业出版社
4、华家宁，《现代光学技术及应用》，江苏科学与技术出版社 2007
5、朱自强，《现代光学教程》，四川大学出版社，2007
6 、谢建平，《近代光学基础》，中国科学技术出版社，2003
7、陈家壁，《光信息科学技术原理及应用》，高等教育出版社，2004
8、百度等相关网站
仪器分析第5讲 光学分析法概述(第七章)
《仪器分析》光学分析法概述《仪器分析》光学分析法概述 §7.1光学分析法概要(Introduction to Spectroscopy) 1.光学分析法及分类 ? 光学分析法根据物质发射、吸收电磁辐射或电磁辐射与物质的相互作用而建立起来的一类分析方法。 ? 可分为光谱法和非光谱法两大类 电磁辐射和电磁波谱 1．电磁辐射（电磁波，光）：以巨大速度通过空 间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量形式，它是检测物质内在微观信息的最佳信使。 2．电磁辐射的性质：具有波、粒二像性；其能量交换一般为单光子形式，且必须满足量子跃迁能量公式： 3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。 λ νc h h E ? =?= γ射线→X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波高能辐射区γ射线 能量最高，来源于核能级跃迁 χ射线 来自内层电子能级的跃迁 光学光谱区紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁 可见光红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁 波谱区微波 来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁波长长 光谱分析法 基于测量辐射的波长及强度。 这些光谱是由于物质的原子或分子的特定能级的跃迁所产生的，根据其特征光谱的波长可进行定性分析； 光谱的强度与物质的含量有关，可进行定量分析。 ? 根据电磁辐射的本质，可分为 ? 原子光谱：由原子内层或外层能级的变化产生，表现为线状光谱 ? 分子光谱：由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生，带状光谱 ? 根据辐射能量传递的方式，可分为发射、吸收、荧光、拉曼光谱等。
不涉及光谱的测定，即不涉及能级的跃迁，而主要是利用电磁辐射与物质的相互作用。 这个相互作用引起电磁辐射在方向上的改变或物理性质的变化，而利用这些改变可以进行分析。 非光谱分析法 2. 电磁辐射参数及应用 微波区0.1nm~1m 中红外光区2.5~50μm 可见光区 400~800nm 远紫外区10~200nm 吸收光谱法：顺磁共振波谱法、核磁共振波谱法 无线电波区 >1m 电子和核自旋 远红外光区50~1000μm 分子转动能级 吸收光谱法：红外光谱法Raman 散射 近红外光区0.78~2.5μm 分子振动能级 发射光谱法：原子发射光谱、原子荧光分析、分子荧光分析、分子磷光分析 吸收光谱法：紫外-可见分光光度法、原子吸收近紫外光区200~400nm 外层电子跃迁X 射线荧光分析法 X射线区0.001~10nm K,L 层电子跃迁γ射线光谱法、Mossbauer 谱法γ射线区 5~140 pm 核能级 涉及方法 电磁波区域波长λ迁能级类型3. 各种光分析法简介 ? 发射光谱法 ?γ射线光谱法?x 射线荧光分析法?原子发射光谱分析?原子荧光分析法?分子荧光分析法?分子磷光分析法? 化学发光分析 ? 吸收光谱法 ?莫斯堡谱法 ?紫外可见分光光度法?原子吸收光谱法?红外光谱法?顺磁共振波谱法? 核磁共振波谱法? 散射 ? Roman 散射
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工程光学（上）期末考试参考答案 一． 简答题：（共12分，每题3分） 1．摄影物镜的三个重要参数是什么？它们分别决定系统的什么性质？ 答：摄影物镜的三个重要参数是：焦距'f 、相对孔径'/f D 和视场角 2。焦距影响成像的大小，相对 孔径影响像面的照度和分辨率，视场角影响成像的范围。 2．为了保证测量精度，测量仪器一般采用什么光路？为什么？ 答：为了保证测量精度，测量仪器一般采用物方远心光路。由于采用物方远心光路时，孔径光阑与物 镜的像方焦平面重合，无论物体处于物方什么位置，它们的主光线是重合的，即轴外点成像光束的中心是相同的。这样，虽然调焦不准，也不会产生测量误差。 3．显微物镜、望远物镜、照相物镜各应校正什么像差？为什么？ 答：显微物镜和望远物镜应校正与孔径有关的像差，如：球差、正弦差等。照相物镜则应校正与孔径 和视场有关的所有像差。因为显微和望远系统是大孔径、小视场系统，而照相系统则是一个大孔径、大视场系统。 4．评价像质的方法主要有哪几种？各有什么优缺点？ 答：评价像质的方法主要有瑞利（Reyleigh ）判断法、中心点亮度法、分辨率法、点列图法和光学传递 函数（OTF ）法等5种。瑞利判断便于实际应用，但它有不够严密之处，只适用于小像差光学系统；中心点亮度法概念明确，但计算复杂，它也只适用于小像差光学系统；分辨率法十分便于使用，但由于受到照明条件、观察者等各种因素的影响，结果不够客观，而且它只适用于大像差系统；点列图法需要进行大量的光线光路计算；光学传递函数法是最客观、最全面的像质评价方法，既反映了衍射对系统的影响也反映了像差对系统的影响，既适用于大像差光学系统的评价也适用于小像差光学系统的评价。 二． 图解法求像或判断成像方向：（共18分，每题3分） 1．求像A'B'（图中C 为球面反射镜的曲率中心） 2．求像A'B' 3．求物AB 经理想光学系统后所成的像，并注明系统像方的基点位置和焦距 4．判断光学系统的成像方向 5．求入瞳及对无穷远成像时50%渐晕的视场 6．判断棱镜的成像方向
物理光学实验题及答案
物理光学实验题及答案文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
第三章光学（一）概述 光学的学生实验共有4个，它们分别是“光反射时的规律”、“平面镜成像的特点”、“色光的混合与颜料的混合”、“探究凸透镜成像的规律”。 （二）光学探究实验对技能的要求 1.明确探究目的、原理、器材和步骤。 2.会正确使用各种实验器材，知道它们的摆放要求。 3.知道各种器材在实验实践与探究能力指导 中的作用，并能根据实验原理、目的，选择除教科书规定仪器之外的其他器材完成实验。 4.会设计实验步骤并按合理步骤进行实验。 5会设计实验报告，会填写实验报告。 6.会正确记录实验数据。 7.会组装器材并进行实验。 8.明确要观察内容，会观察实验现象，并能解释实验中的一般问题。 9.会分析实验现象和数据，并归纳实验结果。 实验与探究能力培养 探究光反射时的规律 基础训练 1.为了探究光反射时的规律，小明进行了如图19所示的实验 （1）请在图19中标出反射角的度数。
（2）小明想探究反射光线与入射光线是否在同一平面内，他应如何操作 --————————————————————————————————。（3）如果让光线逆着OF的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OE方向射出，这表明：————————————————————————————————。 图19 2.雨后天晴的夜晚，为了不踩到地上的积水，下列判断中正确的是（）。 A.迎着月光走，地上暗处是水，背着月光走地上发亮处是水 B.迎着月光走，地上发亮处是水，背着月光走地上暗处是水 C.迎着月光走或背着月光走，都应是地上发亮处是水 D.迎着月光走或背着月光走，都应是地上暗处是水 探究平面镜成像的特点 基础训练 1.平面镜能成像是由于平面镜对光的————射作用，所称的想不能在光屏上 呈现， 是————像，为了探究平面镜成像的特点，可以用————代替平面镜，选用两只 相同的蜡烛是为了————。
光学试卷及答案
光学试卷及答案 This manuscript was revised on November 28, 2020
<光学>期终试卷(一) 班级学号姓名成绩 一. 选择题(每小题分,共25分每小题只有一个正确答案) 1.下列说法正确的是 A.薄的凸透镜对入射光线一定是会聚的; B.薄的凹透镜对入射光线一定是发散的 C.入射光的发散或会聚程度对厚凸、凹透镜的光焦度有影响 D.厚凸、凹透镜对入射光线可能是会聚的,也可能是发散的 2.光从一种介质进入另一种介质时,不发生变化的是 A.频率; B.波长 C.速度; D.传播方向 3.在菲涅尔双面镜干涉实验中,减少条纹间距的方法有 A.增大入射光的波长; B.增大接收屏与镜的距离 C.增大两平面镜的夹角; D.减小光源与双面镜交线的距离 4.白光正入射到空气中的一个厚度为3800埃的肥皂水膜上,水膜正面呈现什 么颜色(肥皂水的折射率为 A.红色 B.紫红色 C.绿色 D.青色 5.光栅光谱谱线的半角宽度Δθ与下列哪项无关 A.谱线的衍射角 B.光谱的级次 C.光栅常数 D.光栅的总缝数 6.光是由量子组成的,如光电效应所显示的那样,已发现光电流依赖一于 A.入射光的颜色 B.入射光的频率 C. 仅仅入射光的强度 D,入射光的强度与颜色 7.球面波自由传播时,整个波面上各次波源在空间某P点的合振动之振幅等 于第一个半波带在P点产生的振动之振幅的 2倍倍倍倍 8.天文望远镜物镜的直径很大,其目的不是为了 A.提高入射光的光强 B.提高分辨本领 C.能看到更大的像 D.能看到更清晰的像 9.使用检偏器观察一束光时,强度有一最大但无消光位置,在检偏器前置一 1/4波片,使其光轴与上述强度最大的位置平行,通过检偏器观察时有一消光位置,这束光是: A.平面偏振光 B.椭圆偏振光 C.部分偏振光 D.圆偏振光和平面偏振光的混合 10.关于单轴晶体,下列哪种描述是正确的 A.负晶体,V 0> V e ,n
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自适应光学技术 姜文汉 中国工程院院士,中国科学院光电技术研究所,成都610209 关键词 自适应光学 波前探测 波前控制 波前校正 高分辨力成像 激光核聚变 人眼视网膜 动态光学波前误差是困扰光学界几百年的老问题,自适应光学技术提供了解决这一难题的途径。自适应光学通过对动态波前误差的实时探测 控制 校正,使光学系统能够自动克服外界扰动,保持系统良好性能。本文在说明自适应光学技术的基本原理后,介绍由中国科学院光电技术研究所研制的三套自适应光学系统及其使用结果:1.2m 望远镜天体目标自适应光学系统, 神光I 激光核聚变波前校正系统和人眼视网膜高分辨力成像系统。 1自适应光学 自动校正光学波前 误差的技术 从1608年利普赛(L i ppers hey)发明光学望远镜, 1609年伽里略(G alileo)第一次用望远镜观察天体以来 已经过去了近400年了,望远镜大大提高了人类观察遥 远目标的能力,但是望远镜发明后不久,人们就发现大 气湍流的动态干扰对光学观测有影响。大气湍流的动 态扰动会使大口径望远镜所观测到的星像不断抖动而 且不断改变成像光斑的形状。1704年牛顿(I.N e w ton) 在他写的《光学》[1]一书中,就已经描述了大气湍流使像 斑模糊和抖动的现象,他认为没有什么办法来克服这一 现象,他说: 唯一的良方是寻找宁静的大气,云层之上 的高山之巅也许能找到这样的大气 。天文学家们以极 大的努力寻找大气特别宁静的观测站址。但即使在地 球上最好的观测站,大气湍流仍然是一个制约观测分辨 率的重要因素。无论多大口径的光学望远镜通过大气 进行观察时,因受限于大气湍流,其分辨力并不比0.1~ 0.2m的望远镜高。从望远镜发明到20世纪50年代的 350来年中,天文学家和光学家像谈论天气一样谈论大 气湍流,而且还创造了Seei ng这个名词来描述大气湍流 造成星像模糊和抖动的现象,但是对Seei ng的影响还是 无能为力。 图1是有无波前误差时点光源成像光斑的比较。 图1(a)是没有波前误差时的光斑,由于光学系统口径的 衍射,没有波前误差时的衍射极限光斑由一个中心光斑 和一系列逐渐减弱的同心环组成,称为艾利(A ir y)斑。 对圆形口径,83.4%的光能集中在中心斑内,其直径为 2.44 D , 为光学波长,D为光学系统口径。图1(b)给 出存在 0.56波长(均方根)波前误差时,点光源成像 的光斑三维图,光斑显著扩散。对于大气湍流这样的动 态干扰,扩展的光斑将不断改变形状,并且成像位置不 断漂移。 图1 波前误差对成像光斑能分布的影响 (a)没有波前误差时圆形孔径产生的衍射光斑, (b)当波前误差均方根值为 0.56波长时的弥散光斑 1953年美国天文学家Babcock发表了 论补偿天文 Seei ng的可能性 [2]的论文,第一次提出用闭环校正波 前误差的方法来补偿天文Seeing。他建议在焦面上用 旋转刀口切割星像,用析像管探测刀口形成的光瞳像来 测量接收到的光波波前畸变,得到的信号反馈到一个电 子枪,电子轰击艾多福(E idopher)光阀上的一层油膜,使 油膜改变厚度来补偿经其反射的接收光波的相位(图 2)。这一设想当时并未实现,但用测量 控制 校正的 7
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2倍倍倍倍 8.天文望远镜物镜的直径很大,其目的不是为了 A.提高入射光的光强 B.提高分辨本领 C.能看到更大的像 D.能看到更清晰的像 9.使用检偏器观察一束光时,强度有一最大但无消光位置,在检偏器前置一1/4波片,使其光轴与上述强度最大的位置平行,通过检偏器观察时有一消光位置,这束光是: A.平面偏振光 B.椭圆偏振光 C.部分偏振光 D.圆偏振光和平面偏振光的混合 10.关于单轴晶体,下列哪种描述是正确的? A.负晶体,V 0> V e ,n
光学分析法概论
第九章光学分析法概论 1、光学分析法有哪些类型。 基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法；基睛辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。 2、吸收光谱法和发射光谱法有何异同？ 吸收光谱法为当物质所吸收的电磁辐射能由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到的光谱发射光谱法为物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生的光谱。 3、什么是分子光谱法？什么是原子光谱法？ 原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生的光谱，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法、原子吸收光谱法，原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法等。 分子光谱法：是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的光谱，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。 4、简述光学仪器三个最基本的组成部分及其作用。 辐射源（光源）：提供电磁辐射。 波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。 检测器：将光信号转换成电信号。 5、简述常用的分光系统的组成以及各自作用特点。 分光系统的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。分光系统又分为单色器和滤光片。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。 棱镜：色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。 光栅：利用多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用产生光栅光谱。 干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉图。 滤光器是最简单的分光系统，只能分离出一个波长带或只能保证消除给定消长以上或以下的所有辐射。 6、简述常用辐射源的种类典型的光源及其应用范围。
基于模型辨识的自适应光学系统控制技术研究
基于模型辨识的自适应光学系统控制技术研究自适应光学技术能够实时补偿光在传输过程中由传输介质引起的随机波前畸变,进而被广泛应用天文观测、空间目标观测和激光传输等系统。近年来,随着相关理论和技术的不断发展,自适应光学技术在光通信、医学成像、激光加工等众多领域取得了进一步的应用。波前控制作为自适应光学系统的关键技术之一,直接影响自适应光学系统的波前校正性能。目前,大多数自适应光学系统采用的算法是简单且易于实现的比例积分控制,但是其控制参数调节多依赖人为经验,且控制性能和稳定性难以兼顾。虽然有很多自适应光学控制的算法被提出,如鲁棒控制、预测控制、最优控制等,但大多数局限于理论仿真和实验室研究,离实际应用还存在一定距离,少部分算法实际应用又具有局限性。目前,随着自适应光学应用领域的拓展和对控制性能要求的不断提高,控制算法难以满足实际需求。因此,为了解决自适应光学系统的控制难题,本文提出采用线性二次高斯控制方法。首先,针对线性二次高斯控制需要精度较高的被控对象系统模型问题,本文根据自适应光学系统实际工作情况,提出了基于变量带误差模型的子空间辨识方法。利用自适应光学系统的输入与输出数据,建立了自适应光学系统的状态空间模型。仿真结果表明了所建立的自适应光学系统的状态空间模型准确度高,具有较强的噪声抑制能力和鲁棒性。且该方法还可为其它模型类控制算法提供一种模型基础。其次,本文以自适应光学系统的状态空间辨识模型为基础,采用采用基于状态调节的线性二次高斯控制技术。以最小化残余波前作为线性二次型性能指标,
通过最小化二次型性能指标,确定反馈控制规律的增益。根据入射波前的泽尼克多项式扩展形式和变形镜以及波前传感器的线性关系来定义自适应光学系统的状态向量。而针对自适应光学系统的初始状态未知问题,本文利用卡尔曼滤波器和卡尔曼滤波状态对自适应光学系统的状态向量作线性估计。通过求解状态估计和卡尔曼滤波器增益,以及最小化求解二次型性能指标得到的状态调节增益,可以实现自适应光学系统的线性二次高斯闭环控制。数值仿真验证了线性二次高斯控制的可行性和波前校正能力。然后,通过静态波前和动态波前校正实验来验证了线性二次高斯控制的波前校正能力,实验结果与数值仿真结果保持一致,证明了线性二次高斯控制的可行性与有效性。实验结果表明了线性二次高斯控制校正后的各项性能指标都要优于比例积分控制。而且在自适应光学系统的响应速度、光斑抖动的抑制以及系统的稳定性与鲁棒性等方面,线性二次高斯控制表现较为出色。最后,本文通过实验研究了系统噪声和高斯白噪声对自适应光学系统线性二次高斯控制波前像差校正效果的影响。实验结果表明了采用系统近似噪声作为测量噪声的线性二次高斯控制其波前校正效果提升明显。这也从另一方面表明了系统噪声对线性二次高斯控制影响显著,若能准确获取自适应光学系统的噪声统计模型,将有望进一步提高线性二次高斯控制在自适应光学系统的波前像差校正能力。
()光学题库及答案
光学试题库计算题 12401已知折射光线和反射光线成900角如果空气中的入射角为600求光在该介质中的速度。14402在水塘下深h处有一捕鱼灯泡如果水面是平静的水的折射率为n则从水面上能够看到的 圆形亮斑的半径为多少14403把一个点光源放在湖水面上h处试求直接从水面逸出的光能的百分比 忽略水和吸收和表面透镜损失。 23401平行平面玻璃板的折射率为厚度为板的下方有一物点P P到板的下表面的距离为,观察者透过玻璃板在P的正上方看到P的像求像的位置。 23402一平面平行玻璃板的折射率为n厚度为d点光源Q发出的近于正入射的的光束在上表面反射成像于'光线穿过上表面后在下表面反射再从上表面出射的光线成像于'。求'和'间的距离。 23403来自一透镜的光线正朝着P点会聚如图 所示要在P '点成像必须如图插入折射率n=的玻璃片. 求玻璃片的厚度.已知=2mm . 23404容器内有两种液体深度分别为和折射率分别为和液面外空 气的折射率为试计算容器底到液面的像似深度。 23405一层水n=浮在一层乙醇n=之上水层厚度3cm乙醇厚5cm从正方向看水槽的底好象在水面下多远 24401玻璃棱镜的折射率n=如果光线在一工作面垂直入射若要求棱镜的另一侧无光线折射时所需棱镜的最小顶角为多大24402一个顶角为300的三棱镜光线垂直于顶角的一个边入射而从顶角的另一边出射其方向偏转300 求其三棱镜的折射率。 24404有一玻璃三棱镜顶角为折射率为n欲使一条光线由棱镜的一个面进入而沿另一个界面射出此光线的入射角最小为多少24405玻璃棱镜的折射棱角A为60对某一波长的光的折射率为现将该棱镜浸入到折射率为4/3的水中试问当平行光束通过棱镜时其最小偏向角是多少
光学分析方法的发展
光学分析方法的发展 北京温分分析仪器技术开发有限公司 光学分析法是利用待测定组分所显示出的吸收光谱或发射光谱，既包括原子光谱也包括分子光谱。利用被测定组分中的分子所产生的吸收光谱的分析方法，即通常所说的可见与紫外分光光度法、红外光谱法；利用其发射光谱的分析方法，常见的有荧光光度法。利用被测定组分中的原子吸收光谱的分析方法，即原子吸收法；利用被测定组分的发射光谱的分析方法，包括发射光谱分析法、原子荧光法、X射 线原子荧光法、质子荧光法等。 （一）比色法 分光光度法的前身是比色法。比色分析法有着很长的历史。1830年左右，四氨络铜离子的深蓝色就被用于铜的测定。奈斯勒的氨测定法起源于1852年，大约在同一年，硫氰酸盐被用来分析铁。1869年，舍恩报道说钛盐与过氧化氢反应会产生黄色，1882年，韦勒（Weller）将此黄色反应改进成一种钛的比色法。钒也能与过氧化物发生类似的反应，生成一种橙色络合物。1912年，梅勒一方面利用1908年芬顿发现的一个反应（二羟基马来酸与钛反应呈橙黄色，与钒反应无此色），另一方面利用与过氧化物的反应，得出了一种钛和钒这两种元素的比色测定法。 吸收光度分析法提供了非化学计量法的一个很好例子。有色化合物的光吸收强弱随着所用辐射波长的大小而变化。因此早期的比色法主要凭经验将未知物与浓度近似相等的标准溶液进行对比。比如象奈斯勒在氨测定法中所作的比较。比色剂，如杜波斯克比色计，是通过改变透光溶液的厚度和利用比尔定律，来对未知物的颜色与标准液的浓度进行对比的，这种仪器并不适用于所有的有色物质，它充其量也不过经验程度很高罢了。 1729年，P·布古厄（Bouguer）观察到入射光被介质吸收的多少与介质的厚度成正比。这后来又被J·H·兰贝特（Lambert，1728—1777）所发现，他对单色光吸收所作的论述得到了下列关系式： 上式中I是通过厚度为x的介质的光密度，a是吸收系数。利用边界条件x=0时，I=I0，积分得到： I=I0e-ax 1852年，A·比尔（Beer）证实，许多溶液的吸收系数a是与溶质的浓度C成正比的。尽管比尔本人没有建立那个指数吸收定律公式，但下列关系式 I=I0e-acx 仍被叫做比尔定律，式中浓度和厚度是作为对称变数出现的。这个名称似乎是在1889年就开始使用了。
光学考试试卷(附答案)
光学考试试卷（附答案） 班级姓名学号成绩 题号一二三四总分 得分 本题 得分 一、填空题（本大题共9题，每题2分，共18分） 1．在几何光学系统中，唯一能够完善成像的是系统，其成像规律为。 2．单色光垂直入射到由两块平板玻璃构成的空气劈尖中，当把下面一块平板玻璃缓慢向下 移动时，则干涉条纹，明暗条纹的间隔。 3．在夫琅和费单缝衍射中，缝宽为b，缝屏间距为L，波长为，零级条纹的宽度为，一级暗条纹的宽度为。 4．曲率半径为 R的凹球面镜的焦距为，若将球面镜浸入折射率为 该系统的焦距为。 5．在光栅衍射中，第三级缺级，则光栅常数与缝宽的比为n的液体内，；还有第 级主极大缺级。 6．在菲涅耳圆孔衍射中，对轴线上的的P点，孔径越小，波带数越P点离圆孔越近，波带数越 。 ；对给定 7．当物处于主光轴上无穷远处，入射光线平行于主光轴，得到的像点称为；在 通常情况下，薄透镜成像的高斯公式是8．主平面是理想光具组的 。 一对共轭平面；节点是理想光具组的 一对共轭点。 9．在洛埃镜实验中，将屏移至与玻璃平板相接触，则在接触处出现的是条纹，这一事实证实了。 本题 得分
二、选择题（本大题共10题，每题3分，共30分） 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 得分 1．用半波带法研究菲涅耳圆孔衍射时，圆孔轴线 上 P点的明暗决定于 （A）圆孔的直径；（B）光源到圆孔的距离；（C）圆孔到P点距离；（D）圆孔中 心和边缘光线到P点的光程差 2．一发光点位于凹球面镜前40cm处，镜面曲率半径为16cm，则象距为 （A）-10cm；（B）-20cm；（C）-30cm；（D）-40cm 3．为了测定金属丝的直径，可把它夹在两平板玻璃的一端，测得两相邻干涉条纹的 间距为d，若金属丝与劈尖的距离为L，所用单色光的波长为，则金属丝的直径为（A） L/d；（B）d/L；（C）d/2L；（D）L/2d 4．在夫琅和费双缝衍射中，零级包迹中含有11条干涉条纹，必须满足下列条件（缝宽为 b，缝间不透明部分为a） （A）a=2b；（B）a=3b；（C）a=4b；（D）a=5b 5．一双凹透镜折射率为n，置于折射率为 n的介质中，则下列说法正确的是 （A）若n>n，透镜是发散的；（B）若n>n，透镜是会聚的；（C）若n>n，透镜 是发散的；（D）双凹薄透镜是发散的，与周围介质无关 6．空气中，薄透镜的横向放大率为 （A）f/x；（B）x/f；（C）-f/x；（D）-x/f 7．在玻璃表面镀上一层透明的MgF2（n=1.38）薄膜，对于波长为的入射光，增透膜的最 小厚度为 （A）/2；（B）/4；（C）/2n；（D）/4n 8．夫琅和费单缝衍射中，零级中央亮条纹的光强为I0，光波波长为，当缝两边到屏上的P 点的光程差 为 /4时，P点的光强约为 （A）I0/2；（B）I0/4；（C）2I0/5；（D）4I0/5 9．将折射率为n1=1.5 的有机玻璃浸没在油中，油的折射 率为 n2=1.10，试问：全反射的临 界角为
第九章 光学分析法概论
. 第九章光学分析法概论 1、光学分析法有哪些类型。 基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法；基睛辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。 2、吸收光谱法和发射光谱法有何异同？ 吸收光谱法为当物质所吸收的电磁辐射能由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到的光谱发射光谱法为物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生的光谱。 3、什么是分子光谱法？什么是原子光谱法？ 原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生的光谱，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法、原子吸收光谱法，原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法等。 分子光谱法：是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的光谱，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。 4、简述光学仪器三个最基本的组成部分及其作用。 辐射源（光源）：提供电磁辐射。 波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。 检测器：将光信号转换成电信号。 5、简述常用的分光系统的组成以及各自作用特点。 分光系统的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。分光系统又分为单色器和滤光片。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。 棱镜：色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。 光栅：利用多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用产生光栅光谱。 干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉图。 滤光器是最简单的分光系统，只能分离出一个波长带或只能保证消除给定消长以上或以下的所有辐射。 6、简述常用辐射源的种类典型的光源及其应用范围。 1 / 1'.
光学题库及答案
光学试题库（计算题） 12401 已知折射光线和反射光线成900角，如果空气中的入射角为600 ，求光在该介质中的速度。 14402 在水塘下深h 处有一捕鱼灯泡，如果水面是平静的，水的折射率为n ，则从水面上能够看到的圆形亮斑的半径为多少 14403 把一个点光源放在湖水面上h 处，试求直接从水面逸出的光能的百分比（忽略水和吸收和表面透镜损失）。 23401 平行平面玻璃板的折射率为0n ，厚度为0t 板的下方有一物点P ，P 到板的 下表面的距离为0l ,观察者透过玻璃板在P 的正上方看到P 的像，求像的位置。 23402 一平面平行玻璃板的折射率为n ，厚度为d ，点光源Q 发出的近于正入射的的光束在上表面反射成像于'1Q ，光线穿过上表面后在下表面反射，再从上表 面出射的光线成像于'2Q 。求'1Q 和'2Q 间的距离。 23403 来自一透镜的光线正朝着P 点会 聚，如图所示，要在'P 点成像，必须如 图插入折射率n=的玻璃片.求玻璃片的 厚度.已知 =2mm . 23404 容器内有两种液体深度分别为 1h 和2h ，折射率分别为1n 和2n ，液面外空气的折射率为n ，试计算容器底到液面的像似深度。 23405 一层水（n=）浮在一层乙醇（n=）之上，水层厚度3cm ，乙醇厚5cm ，从正方向看，水槽的底好象在水面下多远 24401 玻璃棱镜的折射率n=，如果光线在一工作面垂直入射，若要求棱镜的另一
侧无光线折射时，所需棱镜的最小顶角为多大 24402 一个顶角为300的三棱镜，光线垂直于顶角的一个边入射，而从顶角的另一边出射，其方向偏转300，求其三棱镜的折射率。 24404 有一玻璃三棱镜，顶角为 ，折射率为n ，欲使一条光线由棱镜的一个面进入，而沿另一个界面射出，此光线的入射角最小为多少 24405 玻璃棱镜的折射棱角A为600，对某一波长的光的折射率为，现将该棱镜浸入到折射率为4/3的水中，试问当平行光束通过棱镜时，其最小偏向角是多少32401 高为2cm的物体,在曲率半径为12cm的凹球面镜左方距顶点4cm处。求像的位置和性质，并作光路图。 32402 一物在球面镜前15cm时，成实像于镜前10cm处。如果虚物在镜后15cm处，则成像在什么地方是凹镜还是凸镜 32403 凹面镜所成的实像是实物的5倍，将镜向物体移近2cm ，则像仍是实的，并是物体的7倍，求凹面镜的焦距。 32404 一凹面镜，已知物与像相距1m ，且物高是像高的4倍，物和像都是实的，求凹面镜的曲率半径。 32405 一高度为的物体，位于凹面镜前，像高为，求分别成实像和虚像时的曲率半径。 32406 凹面镜的曲率半径为80 cm ,一垂直于光轴的物体置于镜前何处能成放大两倍的实像置于何处能成放大两倍的虚像 32407 要求一虚物成放大4倍的正立实像,物像共轭为50 m m ,求球面镜的曲率半径. 32408 一个实物置在曲率半径为R的凹面镜前什么地方才能:(1)得到放大3倍的
光学分析复习提纲
仪器分析复习 第一章绪论 仪器分析的定义。 第二章 光学分析法导论 光学分析法的定义和特点 光学分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可取代的地位；一.电磁辐射和电磁波谱 1.电磁辐射的性质 ①波动性λ、ν、σ；λ=1/σ；ν=C/λ ②粒子性 ε=△E=hc/λ=h ν 2.电磁波谱:①波谱区波长、能量递变顺序 ;能级跃迁；光谱类型。 ②λ范围：远紫外100-200nm ；近紫外200-400nm;可见400-800nm 二.原子光谱、分子光谱产生机理、光谱特征 1. 原子光谱-原子（离子）外层电子能级跃迁引起，线光谱 2. 分子光谱： 电子光谱 振动光谱 转动光谱 分子外层电子能级跃迁 分子振动能级跃迁 分子转动能级跃迁 E 电、E 振、E 转变,带光谱 E 振、E 转变 E 转变 紫外-可见 近、中红外 远红外 三.发射光谱、吸收光谱、荧光光谱产生机理、光谱特征，方法种类 发射光谱 吸收光谱 荧光光谱 原 气态亮线 气态 气态 共振荧光 子 暗线、窄 λ荧=λ激 分 气态：带光谱（氰带）； 液态 液态 非共振荧光 子 液、固：连续光谱 宽带 λ荧＞λ激 四．分光系统 1.光学特性：线色散率、分辨率定义、物理意义、计算。棱镜、光栅比较。 线色散率：dL/d λ（mm/nm ） 倒线色散率： d λ/dL （nm/mm ）
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光栅dL/dλ=kf/(dcosβ) 分辨率：R=λ/△λ光栅R=NK 2.光栅分光原 理光栅方程式：d（sinα±sinβ）=Kλ意义及计算 3.闪耀光栅当α=β=θ时，Kλβ=2dsinβ特点 λβ=2dsinβ/K——闪耀波 长闪耀光栅适用波长范围: 谱线距离、谱片（相板）摄取波长数、光谱重叠计算(P2312,补3) 第四章原子吸收光谱法一.基本原理 1.波兹曼分布定理 . - (E – E)/kT :Nj/N0=Pj/P0e j0 ①温度对N j和N0的影响:T↑，Nj↑，N0↓； ②T对N j的影响程度》对N0的影响程度。 ③AAS和AES比较：灵敏度、准确度、选择性、适用性。 2.谱线轮廓和变宽原因 ①朗伯定律Iν=I0ν.e-kνL ②吸收曲线Kν～ν，三参数ν0、K0、△ν10-3~10-2nm。吸收曲线轮廓包围的面积即为能被吸收的强度。 ③变宽原因：自然变宽、热变宽、压力变宽（劳伦兹变宽、共振变宽）。主要？ 3.积分吸收和峰值吸收:定义，为什么积分吸收不能直接用于定量分析（为什么要用峰 值吸收代替积分吸收）？在什么条件下可以代替？为什么？怎样代替？ 二.仪器分几大部分？各部分作用？ 1.光源-作用及要求 空心阴极灯结构，采用什么措施减小谱线变宽？ 阳极：钨棒，吸气剂Ta或Ti 阴极：待测元素 内充低压惰性气体→减小压力变宽,减小背景 采用低灯电流→减小热变宽和自吸变宽 2.原子化系统雾化器-雾化效率?％; ①火焰原子化器燃烧器;
2、光学答案
光测答案2014年1月9日 1、像电灯这样自己发光的物体叫做光源。在月亮、镜子、点亮的日光灯、太阳、星星中属于光源的是点亮的日光灯、太阳、星星。 2、物体影子的方向与同一光源从不同的方位照射有关。 3、用手电筒从上面和侧面照射一只陶瓷盆，所产生的影子形状不同、长短不 同。 4、用手电筒照射距离墙面不同远、大小相同的物体，所产生的影子长短不同。 5、影子产生的条件是光源、物体、影屏。 6、从不同侧面照射得到的物体的影子叫做投影。 7、光碰到镜面改变了传播方向，被反射回去，这种现象叫做光的反射。 也叫反光。生活中我知道运用光的反射原理的物品有照镜子、看书、白色墙壁、潜望镜、反光镜、月球的光、电筒灯罩、凹面镜等。 8、同一时间，同一地点阳光下不同物体的影子方向相同。 9、不同时间，阳光下同一物体的影子方向和长短发生变化。 10、阳光下，上午的影子由长变短，下午的影子由短变长，正午的影子最短。 11、光在空气中是以直线的形式传播的，光在空气中是以每秒约30万千米的速 度传播的，太阳离地球的距离为1.5亿千米，从太阳发出光到达地球约需要8分钟。 12、夜晚汽车车灯射出笔直的光的现象能证明光是以直线形式传播的。 13、影子总是在物体背光的一侧。 14、教室的墙面涂成白色的主要原因是有利于光的反射。 15、光强，得到的温度就高；光弱，得到的温度就低。 16、太阳灶就是利用凹面镜能把光线会聚起来产生高温的原理制造的。 17、不能用放大镜或望远镜直接看太阳。 18、眼睛有一个能控制入射光线的器官，就是瞳孔。当光强时，瞳孔会缩小； 当光弱时，瞳孔就会放大。 19、在物体的颜色与吸热实验中，升温最快的是黑色。 20、一天中阳光下物体的影子最长的时候在早晨和傍晚，最短的时候是在正午。 21、潜望镜是利用光的反射原理制成的。 22、奥运会圣火是利用凹面镜聚光聚热取得的。 23、反射光是以直线传播的。
光谱分析法概述
光谱分析法概论 ~ 第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用 （一）电磁辐射和电磁波谱 光是一种电磁辐射（又称电磁波），是一种以强大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光量子流，它具有波粒二象性 1 光的波动性：用波长、波数、频率作为表征 波长是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点之间的线性距离，常用nm作为单位 波数是每厘米长度中波的数目，单位cm-1 频率是每秒内的波动次数，单位Hz 在真空中波长、波数和频率的关系 C是光在真空中的传播速度，C=2.997925*10 10cm*s 所有电磁辐射在真空中的传播速度均相同 在其他透明介质中，由于电磁辐射与介质分子的相互作用，传播速度比在真空中稍小一些 2 光的微粒性：用每个光子具有的能量E作为表征 光子的能量与频率成正比，与波长成反比 H是普朗克常数，其值等于6.6262*10-34 J*s 能量E的单位常用电子伏特（eV）和焦耳（J）表示 电磁辐射与物质的相互作用包括以下两种： 1 涉及物质内能变化的：吸收、产生荧光、磷光、拉曼散射 2 不涉及物质内能变化的：透射、折射、非拉曼散射、衍射、旋光 当辐射通过固体、液体或气体等透明介质时，电磁辐射的交变电场导致分子（或原子）外层电子相对其核的震荡，造成这些分子（或原子）周期性的变化 1如果入射的电磁辐射能量正好与介质分子（或原子）基态与激发态之间的能量差相等，介质分子（或原子）就会选择性地吸收这部分辐射能，从基态跃迁到激发态（激发态的寿命很短） 处于激发态的分子（或原子）通常以（1）热的形式（2）发生化学变化（光化学变化）（3）以荧光及磷光的形式发射出所吸收的能量并回到基态 2 如果入射的电磁辐射能量与介质分子（或原子）基态与激发态之间的能量差不相等，则电磁辐射不被吸收，分子（或 原子）极化所需的能量仅被介质分子（或原子）瞬间保留，然后被再发射，从而产生光的透射、非拉曼发射、反射、折射等物理现象 第二节 光学分析法的分类 一、常用的光学分析方法
自适应光学
一、前言 自适应光学是20世纪50年代以来迅速发展起来的光学新技术，在高分辨率天文观测、高能激光武器、激光通讯，激光核聚变，医学等方面的应用越来越广泛。 自适应光学系统能实时探测由大气扰动、环境温度起伏、光轴抖动等因素造成的波面畸变，并通过光学校正系统实时补偿波面误差，现代地基、天基大型望远镜几乎都采用了自适应光学系统。 近年来，随着自适应光学理论与技术的发展，它已被广泛地应用于军事及民用领域，如用于光学遥感载荷多种误差源的实时校正以提高载荷的成像分辨率；用于激光通信的大气扰动补偿；用于激光可控热核聚变实验，提高靶标上的光功率密度；用于医用光学仪器，实现人眼视网膜的高分辨率成像等。 由于大气的湍流运动，大气温度的随机变化产生大气密度的随机变化，从而导致大气折射率的随机变化，这些变化的累积效应导致大气折射率的明显不均匀性，大气折射率微小变化的作用类似于处在大气中的小“透镜”，它们使传输光束出现聚焦、偏折等现象，从而导致光闪烁和光抖动等效应。这些“透镜”的大小近似于湍流漩涡的尺度。大气湍流对光传播的影响，最早反映在天文观测中。湍流的影响严重地限制了大口径天文望远镜分辨率的提高。 1953年，美国天文学家巴布科克提出用实时测量波面误差并实时加以校正的方法来解决大气湍流等动态干扰的设想，如果这一过程足够快，就可以克服动态误差的影响而使光学系统能够自动适应环境
变化，保持理想性能，就是自适应光学((Adaptive OpticsAO)思想的形成，但在当时还没有实现这一设想的现成技术。 本世纪60年代出现了激光，激光的高方向性和高亮度的特点推动人们去进行用强激光作为武器的研究。与观测系统一样，激光武器系统也面临着大气干扰使能量分散的问题。用直径4m的发射系统通过大气发射波长1um的强激光到目标上，即使没有其他误差，只有大气湍流的影响，光斑中心的能量密度只有衍射极限的千分之一，动态干扰也成了实现激光武器的一个重大技术障碍。 到了70年代，高分辨率观测和高集中度激光能量传输的发展，更加迫切地要求解决动态干扰问题，相关技术的发展，也使自适应光学的实现成为可能。 从70年代中期开始自适应光学的研究才真正起步。在1972年，美国研制出了第一套实时大气补偿成像实验系统。这个系统在300米水平光路上成功地对大气湍流效应进行了补偿，经补偿后的图像分辨率接近衍射极限。 1990年以前，美国的自适应光学研究主要服务于军事应用。1982年在夏威夷附近的空军毛伊(Maui)岛光学站上，美国安装了世界上第一台实用的1.6米自适应光学望远镜，用来观察近地轨道上运行的空间目标(卫星，助推器及其残骸)，利用其形态特性进行识别和分类。 该系统在可见光波段(0.4～0.7微米)工作，有168个子孔径，波前传感器为横向交变剪切干涉仪，波前校正元件为168单元整体式压电变形镜，采样频率为10000赫兹，带宽为200-1000赫兹，探测
应用光学试题(月)
应用光学试题 一、问答题 1、在几何光学框架内，光的传播规律可归纳为四个基本定律，请分别简述其内容. （1）光的直线传播定律：在各向同性介质中，光沿直线传播. （2）光的独立传播定律：从不同的光源发出的光束以不同的方向通过空间某点时，彼此互不影响，各光束独立传播. （3）反射定律：入射光线、反射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角和反射角二者绝对值相等且符号相反，即入射光和反射光在法线两侧. （4）折射定律：入射光线、折射光线和投射点法线三者在同一平面内，入射角的正弦与折射角的正弦之比与入射角的大小无关，而与两种介质的性质有关.对一定波长的光线，在一定温度和压力的条件下，该笔直为一常数，等于折射光线所在介质的折射率ｎ＇和入射光线所在介质的折射率ｎ之比. 2、请概述光线与波面的概念，以及几何像差与波像差的概念. （1）几何光学中把光看作是光线.光波是电磁波，向周围传播，在某一瞬时，其振动相位相同的各点所构成的曲面称为波面.在各向同性介质中，光沿着波面的法线方向传播，可以认为光波波面的法线就是几何光学中的光线. （2）几何像差是几何光线经过光学系统后的实际光路相对于理想光路个偏离量.波像差是经过光学系统后的实际波面和理想波面之间的偏差. 3、何为马吕斯定律？光学系统成完善像的条件是什么？ （1）马吕斯定律：垂直于波面的光束（法线集合）经过任意多次反射和折射后，无论折射面和反射面的形状如何，出射光束仍垂直于出射波面，保持光线束仍为法线集合的性质；并且入射波面和出射波面对应点之间的光程均为定值. （2）光学系统成完善像的条件： ａ：点物成点像，即物空间每一点在像空间都有唯一的的点与之对应. ｂ：物空间每一条线在像空间都有唯一的直线与之相对应. ｃ：物空间的任一点位于一条直线上，那么在像空间内共轭点必定在该直线的共轭线上. 4、何为阿贝不变量和拉赫不变量？它们的物理意义是什么？ （1）阿贝不变量：1111''Q n n r l r l ????=-=- ? ????? ；其物理意义是，近轴区，一折射面的物空间和像空间的一对共轭点的位置是确定的. （2）拉赫不变量：'''nyu n y u J == ，'''nytgu n y tgu J == ；进入光学系统的总能量是保持不变的（前者针对近轴区而言，后者是对前者的推广，是系统对任意大小物体用任意光束成像的普式）. 5、请写出牛顿成像公式和高斯成像公式，及用示意图给出公式中各个参量. （1）高斯公式：111'' l l f -= 其中l, l’分别是物体相对于系统主点的物距和像距，f ’是系统的有效焦距.