光學檢測類(物理光學)

1.物理光學基礎知識

五、光的反射 1、光源：能夠發(fā)光的物體叫光源 2、光在均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的 大氣層是不均勻的，當光從大氣層外射到地面時，光線發(fā)了了彎折 3、光速 光在不同物質(zhì)中傳播的速度一般不同，真空中最快， 光在真空中的傳播速度：C = 3*108 m/s，在空氣中的速度接近于這個速度，水中的速度為3/4C，玻璃中為2/3C 4、光直線傳播的應用 可解釋許多光學現(xiàn)象：激光準直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像等 5、光線 光線：表示光傳播方向的直線，即沿光的傳播路線畫一直線，并在直線上畫上箭頭表示光的傳播方向（光線是假想的，實際并不存在） 6、光的反射 光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)的交界面時，一部分光返回原來介質(zhì)中，使光的傳播方向發(fā)生了改變，這種現(xiàn)象稱為光的反射 7、光的反射定律 反射光線與入射光線、法線在同一平面上；反射光線和入射光線分居在法線的兩側；反射角等于入射角 可歸納為：“三線一面，兩線分居，兩角相等” 理解： （1） 由入射光線決定反射光線，敘述時要“反”字當頭 （2） 發(fā)生反射的條件：兩種介質(zhì)的交界處；發(fā)生處：入射點；結果：返回原介質(zhì)中 （3） 反射角隨入射角的增大而增大，減小而減小，當入射角為零時，反射角也變?yōu)榱愣?8、兩種反射現(xiàn)象 （1） 鏡面反射：平行光線經(jīng)界面反射后沿某一方向平行射出，只能在某一方向接收到反射光線 （2） 漫反射：平行光經(jīng)界面反射后向各個不同的方向反射出去，即在各個不同的方向都能接收到反射光線 注意：無論是鏡面反射，還是漫反射都遵循光的反射定律 9、在光的反射中光路可逆 10、平面鏡對光的作用 （1）成像 （2）改變光的傳播方向 11、平面鏡成像的特點 （1）成的像是正立的虛像 （2）像和物的大小 （3）像和物的連線與鏡面垂直，像和物到鏡的距離相等 理解：平面鏡所成的像與物是以鏡面為軸的對稱圖形 12、實像與虛像的區(qū)別 實像是實際光線會聚而成的，可以用屏接到，當然也能用眼看到。

虛像不是由實際光線會聚成的，而是實際光線反向延長線相交而成的，只能用眼看到，不能用屏接收。 13、平面鏡的應用 （1）水中的倒影 （2）平面鏡成像 （3）潛望鏡 六、光的折射 1、光的折射 光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向一般會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫光的折射 理解：光的折射與光的反射一樣都是發(fā)生在兩種介質(zhì)的交界處，只是反射光返回原介質(zhì)中，而折射光則進入到另一種介質(zhì)中，由于光在在兩種不同的物質(zhì)里傳播速度不同，故在兩種介質(zhì)的交界處傳播方向發(fā)生變化，這就是光的折射。

注意：在兩種介質(zhì)的交界處，既發(fā)生折射，同時也發(fā)生反射 2、光的折射規(guī)律 光從空氣斜射入水或其他介抽中時，折射光線與入射光線、法線在同一平面上，折射光線和入射光線分居法線兩側；折射角小于入射角；入射角增大時，折射角也隨著增大；當光線垂直射向介質(zhì)表面時，傳播方向不變，在折射中光路可逆。 理解：折射規(guī)律分三點：（1）三線一面 （2）兩線分居（3）兩角關系分三種情況：①入射光線垂直界面入射時，折射角等于入射角等于0°；②光從空氣斜射入水等介質(zhì)中時，折射角小于入射角；③光從水等介質(zhì)斜射入空氣中時，折射角大于入射角 3、在光的折射中光路是可逆的 4、透鏡及分類 透鏡：透明物質(zhì)制成（一般是玻璃），至少有一個表面是球面的一部分，且透鏡厚度遠比其球面半徑小的多。

分類：凸透鏡：邊緣薄，中央厚 凹透鏡：邊緣厚，中央薄 5、主光軸，光心、焦點、焦距 主光軸：通過兩個球心的直線 光心：主光軸上有個特殊的點，通過它的光線傳播方向不變。（透鏡中心可認為是光心） 焦點：凸透鏡能使跟主軸平行的光線會聚在主光軸上的一點，這點叫透鏡的焦點，用“F”表示 虛焦點：跟主光軸平行的光線經(jīng)凹透鏡后變得發(fā)散，發(fā)散光線的反向延長線相交在主光軸上一點，這一點不是實際光線的會聚點，所以叫虛焦點。

焦距：焦點到光心的距離叫焦距，用“f”表示。 每個透鏡都有兩個焦點、焦距和一個光心。

如圖 6、透鏡對光的作用 凸透鏡：對光起會聚作用（如圖） 凹透鏡：對光起發(fā)散作用（如圖） 7、凸透鏡成像規(guī)律 物 距 （u） 成像 大小 像的 虛實 像物位置 像 距 （ v ） 應 用 u > 2f 縮小 實像 透鏡兩側 f < v <2f 照相機 u = 2f 等大 實像 透鏡兩側 v = 2f f < u 2f 幻燈機 u = f 不 成 像 u u 放大鏡 凸透鏡成像規(guī)律口決記憶法 口決一： “一焦分虛實，二焦分大?。惶撓裢瑐日?；實像異側倒，物運像變小” 口決二： 三物距、三界限，成像隨著物距變； 物遠實像小而近，物近實像大而遠。 如果物放焦點內(nèi)，正立放大虛像現(xiàn)； 幻燈放像像好大，物處一焦二焦間； 相機縮你小不點，物處二倍焦距遠。

口決三： 凸透鏡，本領大，照相、幻燈和放大； 二倍焦外倒實小，二倍焦內(nèi)倒實大； 若是物放焦點內(nèi)，像物同側虛像大； 一條規(guī)律記在心，物近像遠像變大。 8、為了使幕上的像“正立”（朝上），幻燈片要倒著插。

9、照相機的鏡頭相當于一個凸透鏡，暗箱中的膠片相當于光屏，我們調(diào)節(jié)調(diào)焦環(huán)，并非調(diào)焦距，而是調(diào)鏡頭到膠片的距離，物離鏡頭越遠，膠片就應靠近鏡頭。

2.光學包括哪些知識

物理光學包括光的傳播和光的本性 在了解光學分辨率之前應首先明確掃描儀的分辨率分為光學分辨率和最大分辨率，由于最大分辨率相當于插值分辨率，并不代表掃描儀的真實分辨率，所以我們在選購掃描儀時應以光學分辨率為準。

光學分辨率是指掃描儀物理器件所具有的真實分辨率。而且，掃描儀的光學分辨率是用兩個數(shù)字相乘，如600*1200dpi，其中前一個數(shù)字代表掃描儀的橫向分辨率，例如一個具有5000個感光單元的CCD器件，用于A4幅面掃描儀，由于A4幅面的紙張寬度是8.3英寸，所以，該掃描儀的光學分辨率就是5000/8.3=600dpi，換句話說，該掃描儀的光學分辨率是600dpi。

后面一數(shù)字則代表掃描儀的縱向分辨率或是機械分辨率，是掃描儀所用步進電機的分辨率，掃描儀的步進電機的精度與掃描儀的橫向分辨率相同，但由于各種機械因素的影響，掃描儀的實際精度（步進電機的精度）將遠遠達不到橫向分辨率的水平，一般來說。掃描儀的縱向分辨率是橫向分辨率的兩倍，有時甚至是四倍。

如：600*1200dpi。但有一點要注意：有的廠家為了顯示自已的掃描儀精度高，將600*1200dpi寫成1200*600dpi，因此在判斷掃描儀光學分辨率時，應以最小的一個為準。

激光器的基本原理 2.1 自發(fā)輻射與受激輻射 物質(zhì)的原子從外界獲得能量后進入激發(fā)態(tài)，隨后又很快（約10-7s）返回基態(tài)或者較低的能態(tài)，并伴隨著發(fā)出光輻射.原子沒有受到外來感應場的作用而躍遷回低能態(tài)，并同時發(fā)出光輻射的過程稱為自發(fā)輻射躍遷，產(chǎn)生的光輻射稱為自發(fā)輻射；能量相應于兩個能級差的光子會把原子從低能態(tài)激發(fā)到高能態(tài)，這個過程稱為受激吸收躍遷.1916年，著名科學家愛因斯坦在研究光輻射與原子相互作用時發(fā)現(xiàn)，在受激吸收躍遷和自發(fā)輻射躍遷這兩種過程之間，還應存在第三種過程——受激輻射躍遷，即在能量相應于兩個能級能量差的光子作用下，會使在高能態(tài)的原子向低能態(tài)躍遷，并同時發(fā)射出相同能量的光子.愛因斯坦還研究了原子與輻射場之間的動量交換，得出了受激發(fā)射躍遷產(chǎn)生的光子有這樣一些特性：它的頻率、傳播方向及偏振方向，都與誘導產(chǎn)生這種躍遷的光子相同.這意味著，受激輻射有很好的相干性，并且是沿一個方向傳播. 原子作自發(fā)輻射躍遷的速率與在原子系統(tǒng)中存在的輻射場強度沒有關系，而受激輻射躍遷的速率則與輻射場強度有關.假定原子從能級E2往能級E1(E2>E1)自發(fā)輻射躍遷到某個模的速率為A21，作受激輻射躍遷到這個模的速率為B21，那么這兩個速率的比值為 B21/A21=ne (2) 式中的ne是在這個模式中的光子數(shù)目（也稱光子簡并度）.這表示，對于假定的模，受激發(fā)射躍遷速率是自發(fā)輻射躍遷速率的ne倍.當ne≥1時，受激輻射躍遷占優(yōu)勢.普通光源的輻射頻率分布和輻射強度基本上是由光源的溫度T來決定，在某個模的光子數(shù)ne由下式給出： 式中k在是玻爾茲曼常量（k=1.38*10-23J·K-1）,h是普朗克常量（h=6.63*10-34J·s）.從式（3）可以看到，由于比值 hv/kT是大于零的數(shù)，所以 exp(bv/kT)大于 1，即 ne 2.2 負溫度 負溫度是對光源中處于高能態(tài)的原子數(shù)目比處于低能態(tài)的原子數(shù)目多的一種狀態(tài)的表述.假定光源中處在高能態(tài)E2的原子數(shù)目為N2，在低能態(tài)E1的原子數(shù)目為N1，那么，根據(jù)描述在熱力學平衡狀態(tài)下原子按能級分布的玻爾茲曼分布定律，這光源的溫度T是 因為E2-E1>0，所以，如果N2>N1，那么，由式（3.4）看到，光源的溫度T是“負值”.事實上，溫度是不能為負值的，這里說的“負溫度”只是表示原子按能級分布的一種狀態(tài)，不是處于熱力學平衡狀態(tài)，而是處于非熱力學平衡狀態(tài).1951年，美國珀塞爾（E.M.Purcell）試圖使用所謂“突然倒轉場”的方法精確測定核磁矩，即設想研究場極性改變比核自旋的響應時間更快.他用這個方法在氟化鋰（LiF）晶體中獲得了核自旋體反轉分布，并觀察到輻射頻率50 kHz的受激發(fā)射，第一次提出了所謂“負溫度”概念，提出粒子數(shù)反轉分布只能與玻爾茲曼分布定律中的負溫度相對應. 可以利用許多方法讓物質(zhì)中的原子（分子）實現(xiàn)負溫度狀態(tài).從原則上說，只要對原子泵浦到高能態(tài)的速率，比它離開這個能態(tài)的速率高，最終可以造成負溫度狀態(tài).現(xiàn)在使用的主要方法有（1）光泵浦；（2）氣體放電泵浦；（3）注入電流泵浦；（4）化學泵浦等.具體內(nèi)容參見3.2.4.需要注意的是，在可見光波段或紅外波段獲得并保持負溫度狀態(tài)比在微波波段困難得多，因為自由原子的自發(fā)輻射速率和光頻率的三次方成正比. 2.3 激光的增益 這是表征光輻射在激光器的工作物質(zhì)內(nèi)傳播過程中其強度增長的因子.假定激光工作物質(zhì)中處在高能態(tài)E2的原子數(shù)密度為N2（原子/cm3），處在低能態(tài)E1的原子數(shù)密度為N1.頻率v=(E2-E1)/h的光輻射沿工作物質(zhì)傳播，在單位時間內(nèi)，單位體積工作物質(zhì)內(nèi)由受激輻射躍遷產(chǎn)生的輻射功率，超出由受激吸收而失掉的輻射功率的數(shù)量W為 上式中的g1、g2分別為能態(tài)E1、E2的能級簡并度，λ是光輻射波長，τf是能態(tài)E2的自發(fā)輻射壽命，n是工作物質(zhì)的折射率，f(v)是從能態(tài)E2向能態(tài)E1躍遷時產(chǎn)生的光輻射頻率分布因子（也稱譜線形狀函數(shù)），Iv是頻率v的光輻射強度.公式（3.5）中沒有。

3.光電檢測技術的介紹

《光電檢測技術》是2009年中國計量出版社出版的一本圖書，作者是雷玉堂。該書可作為高等學校光電信息工程、光學工程、光信息科學與技術、測控技術與儀器、計量技術、電子技術、質(zhì)量工程、通信工程、應用物理、應用電視、安防監(jiān)控等專業(yè)的光電檢測技術或光電技術課教材，以及供從事光電檢測技術工作的科研和工程技術人員使用。

4.自學物理光學 需要哪些方面的基礎啊

光學范疇較廣。

光線光學從中學水平到線性代數(shù)再到變分法都可能涉及

波動光學要求有大學的數(shù)學基礎，至少數(shù)學物理方法要學一下，尤其是傅里葉變換等，深入一些基本上就是學電動力學了，可能需要張量分析等工具。

量子光學或者說半經(jīng)典的光學需要量子力學背景。

場論的觀點看光學，現(xiàn)在用的還不多（一般研究還不需要），如果要學的話一般是搞理論物理的才會碰了

其他的還有光子學等等，通常和器件相聯(lián)系，主要是半導體，需要有固體物理或半導體物理基礎和基本的波動光學知識。