详细分析光学相控阵LiDAR
详细分析光学相控阵LiDAR
由于全固态LiDAR内部没有任何宏观或微观上的运动部件，耐久性和可靠性的优势不言而喻，且顺应了自动驾驶对LiDAR固态化、小型化和低成本化的趋势，因此成为车用激光雷达的趋势。下面就按照不同的固态激光雷达技术做简单介绍。首先要介绍的是光学相控阵LiDAR。
1.光学相控阵LiDAR
激光雷达从机械转动向聚束成形的进化趋势与雷达完全相同：军事上广泛应用的相控阵雷达一般拥有上千个发射天线单元，通过调节波束合成的方式，可以改变雷达扫描的方向而不需要机械部件运转，灵活性很高，适合应对高机动目标，还可发射窄波束作为电子战天线。
对于激光雷达，为了完全取消机械结构，考虑通过调节发射阵列中每个发射单元的相位差来改变激光的出射角度，采用相控阵原理实现固态激光雷达。
那么什么是相控阵原理呢？生活中最常见的干涉例子是水波，两处振动产生的水波相互叠加，有的方向两列波互相增强，有的方向正好抵消，将这个原理放大，采用多个光源组成阵列，通过控制各光源发射的时间差，就能合成角度灵活，且精密可控的主光束，这就是相控阵的原理。
在光学相控阵（OPA，Optical Phased Array）LiDAR中，相控阵发射器由若干发射接收单元组成阵列，通过改变加载在不同单元的电压，进而改变不同单元发射光波特性（如光强、相位），实现对每个单元光波的独立控制，通过调节从每个相控单元辐射出的光波之间的相位关系，在设定方向上产生互相加强的干涉从而实现高强度光束，而其它方向上从各个单元射出的光波彼此相消，因此，辐射强度接近于零。组成相控阵的各相控单元在程序的控制下，可使一束或多束高强度光束的指向按设计的程序实现随机空域扫描。
光学相控阵是怎样通过控制发射阵列中每个发射单元的相位差来改变激光的出射角度呢？
用光学多道分析器进行光谱定性分析实验讲义
用光学多通道分析器进行光谱定性分析 每种物质都有其独特的分子和原子结构、运动状态和相应的能级分布，物质运动状态变化时会形成该物质所特有的分子光谱或原子光谱，称特征光谱线。通过光谱观测获取物质内、外信息，就是光谱分析。 根据光谱形成的机理，光谱分析可分为发射光谱分析、吸收光谱分析、散射光谱分析、荧光光谱分析等几大类；从分析目的来看，可分为光谱定性分析、光谱半定量分析和光谱定量分析。本实验仅进行光谱定性分析。 实验目的 1.学习使用光学多道分析器； 2.学习光谱定性分析的实验方法； 3.利用氢光谱测量里德堡常数。 实验仪器 WGD—6型光学多道分析器，由光栅单色仪，CCD接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C-T型，如图1所示。 入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0-2mm连续可调，光源发出的光束进入入射狭缝S1，S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上。 M2、M3 焦距302.5mm 光栅G 每毫米刻线600条闪耀波长550nm S2 CCD接收单元S3观察窗 M4 转镜转动M4可实现S2和S3之间的转换 实验原理 1．单色仪简介 单色仪是用来从具有复杂光谱组成的光源中，或从连续光谱中分离出“单色光”的仪器。所谓“单色光”是指相对于光源的光谱形成而言，其波长范围极狭窄、以致可以认为只是单一波长的光。 世界各国生产了种种不同类型的单色仪，为了结构设计和使用方便，极大多数单色仪
都采用恒偏向系统，因而仪器的入射狭缝和出射狭缝都可安装在固定不变的位置，只要旋转色散棱镜、光栅或自准直反射镜即可实现波长调节，从出射狭缝射出不同波长的单色装束。 单色仪的基本性能指标 （1）工作波长范围 工作波长范围表明单色仪输出的、能满足工作要求的单色光束所能覆盖的波长范围。 （2）线色散率和光谱分辨率 与仪器配用的色散组件的角色散率与光谱聚焦物镜的焦距决定单色仪的线色散率，通常以线色散率倒数形式给出仪器的色散能力。在棱镜单色仪中，线色散率是随工作波长变化而有明显变化的，所以必须在给出线色散率数值时标明波长数值。 单色仪的光谱分辨率表明该仪器在较严格的工作条件、较窄的狭缝宽度时所能达到的最高分辨率。对于一般性能单色仪，常常不给出具体分辨率数值，而指明仪器可以清晰分辨开的某些元素光谱线（例如钠元素的D光双线）；对于高分辨单色仪，则常需给出具体的可分辨波长间隔值。 （3）波长精度和重复性 这两个指针表明单色仪出射光束的真实波长值与仪器指示值之间的偏差，以及多次重复时的重现程度。 单色仪的波长精度和重复性由仪器的波长调节机构或波长扫描机构及波长示数机构的工作精度决定。波长重复性还受到机械传动空间、摩擦力、电子系统噪声等随机因素的影响。 在大多数单色仪中，仪器的波长精度值大致与其分辨率数值相近（但带±号，即容许双向偏差），而波长读数的重复性数值（取若干次重复测定中的最大偏差值）则等于波长精度的绝对值。 （4）杂散光 单色仪的杂散光是指出射光束中所需光谱宽度范围以外其它波长的光辐射量，这种不需要的“杂光”辐射混在所需波带的辐射中输出，不但使出射光束的单色性降低，而且形成光度测定工作中的背景光，降低检测信噪比，甚至“淹没”微弱的有用光辐射信号。 通常，以达到辐射探测器的“杂光”通量与选定的所需波长通量之比作为杂散光强度的度量，实用上以百分数表示。由于散射光强度与波长四次方成反比，所以单色仪的杂散光强度随工作波长范围不同而不同，因此给出杂散光强度时应同时标明波长值。 WGD—6型光学多道分析器规格与主要技术指标： 波长范围300—900nm 焦距 302.5mm 相对孔径 D/F=1/7 分辨率优于0.2nm 波长精度≤±0.4nm 波长重复性 ≤±0.2nm 杂散光 ≤10-3 CCD（电荷耦合器件）接收单元 2048 光谱响应区间 300—900nm 积分时间9档（每档53毫秒） 重量20kg 2．光谱定性分析 光谱定性分析是根据物质的光谱中是否存在某种元素的特征光谱线，以判断该物质中是否含有该元素。
电光材料在光学相控阵技术中的应用
电工材料2007N o.2 32 电光材料在光学相控阵技术中的应用 梁鸿秋,杨传仁,张继华,冷文建,宋秀娟 (电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都 610054) 摘要:综述了光学相控阵的发展背景,对不同电光材料铌酸锂(LiNbO 3)、砷化镓铝(Al GaAs )、锆钛酸铅镧(PL ZT )陶瓷和液晶制作的光学相控阵进行了阐述,简要介绍了近期的一些研究成果,并对光学相控阵技术的发展前景进行了展望。 关键词:光学相控阵;光移相器;液晶;电光材料中图分类号:TM20;TN241 文献标志码:A 文章编号:1671-8887(2007)02-0032-04 A pp l ication of Electro-o p tic Materials in O p tical Phased Arra y Technolo gy L I A N G H o n g -Qi u ,YA N G C h ua n-Re n ,Z HA N G J i-Hua ,L EN G W e n-J i a n ,SO N G Xi u-J ua n (St a t e ke y L a bor a t or y o f Elect r onic Thi n Fil ms a n d I nt e g r a t ed Devices ,U ni versi t y o f Elect r onic Science a n d Tech n ol o gy o f Chi na ,Chen g d u 610054,Chi na ) Abstract :This p a p e r r e p or ts t he bac k g r oun d of o p tical p hase d a r r a y t ec h n ol o gy .Discusse d is o p tical p hase s hif t e r ’s dif f e r e nt ele me nt w hic h is o p tical p hase d a r r a y ’s mai n basic unit ,s uc h as L i N bO 3、Al Ga As 、PL Z T ce r a mics 、L i q ui d c r y st al.i nt r oduci n g r ece ntl y r esea rc h f i n di n g s a n d p r os p ecti n g de vel o p me nt of o p tical p hase d a r r a y t ec h n ol o gy . K e y words :o p tical p hase d a r r a y ;o p tical s hif t e r ;li q ui d c r y st al ;elect r o-o p tic mat e ri als 梁鸿秋等:电光材料在光学相控阵技术中的应用 基金项目:国家自然科学基金项目(60607004);电子科技大学青年科技基金项目(J X05015) 作者简介:梁鸿秋(1977-),女,硕士研究生,从事铁电薄膜光学性能研究,(电子信箱)aut umn97@https://www.360docs.net/doc/2816979436.html, 。收稿日期:2006-12-07 1引言 光扫描技术在激光电视、激光打印、激光排版、特别是自由空间通信、激光相控阵雷达等国防领域有重要的应用前景,已成为各国密切关注的对象。传统的光扫描技术受限于机械性光束导向和稳定化机构的性能和成本。必需的瞄准和稳定化通常要求精确、快速的机械移动,甚至需要亚微米级的光源控制精度,这些对目前可获得的机械光束控制系统而言是不可实现的。与传统的机械式光学扫描系统相比,光相控阵天线小巧、重量轻、灵敏,无惯性、低功耗、可获得纳秒级的扫描速度并随机存取,可望克服机械光束控制的许多限制并显著增强光学系统的性能,包括光束的灵巧控制、可编程扫描、多光束产生、电子透镜化等。光学相控阵技术的突破 将对高性能激光雷达乃至光电传感器系统产生重大影响。本文对不同电光材料LiNbO 3、Al GaAs 、PL ZT 陶瓷和液晶制作的光学相控阵进行了阐述,介绍了光学相控阵的发展现状及前景。 2 光学相控阵技术的发展背景 光学相控阵的基本构成单元是光移相器,目前 国际上光移相器主要基于两类电光材料:一类是电光晶体LiNbO 3、Al GaAs ;另一类是电光陶瓷PL ZT 和液晶。 2.1 以L i NbO 3、Al G a As 为材料的移相器阵列20世纪70年代初美国开始研究激光相控阵技术。1971年,Me y er 提出了一种用于光束偏转的由许多LiNbO 3调制单元构成的阵列[1],偏转器由46个移相器构成,每个调制单元有独立的控制线以获 得连续扫描控制。通过这一简单的一阶偏转装置,验证了光学相控阵扫描的几个基本概念。随后Ni 2nomi y a 展示了由LiNbO 3构成的偏转单元形成的
光学多道和氢氘同位素光谱
光学多道和氢氘同位素光谱 【摘要】： 本实验主要利用光学多道分析仪研究氢氘光谱并得到氢氘光谱的能级图。使用已知波长的氦光谱进行定标测量了氢光谱，并在此基础上测量氢氘同位素光谱，修正获得了氢氘光谱的波长值；利用这些测得值计算出了氢氘的里德伯常量分别为H R =109811.87cm -1，= 109840.39cm -1。利用氢氘光谱的波长差计算得出 了电子与质子质量之比为 =1906.84。 关键词： 光学多道分析仪、氢氘光谱，CCD ，光电倍增管 一、实验引言： 光谱是不同强度的电磁辐射按照波长的有序排列。光谱学是研究各种物质的光谱特征，并根据这些特征研究物质结构、物质成分和物质与电磁辐射的相互作用，以及光谱产生和测量方法的科学。 光谱学在物理学各分支学科中都占有重要地位，而且在很多方面有着广泛的应用。在光谱学史上，氢光谱的实验和理论研究都占有特别重要的地位。1885年，巴耳末（J.J.Balmer ）发现了可见光区氢光谱线波长的规律。1892年，尤雷（H.C.Urey ）等发现氢(H)的同位素氘(D)的光谱，氢氘原子对应的谱线波长存在“同位素位移”。 本实验利用光学多道分析仪，从巴尔末公式出发研究氢氘光谱，了解其谱线特点， 并学习光学多道仪的使用方法及基本的光谱学技术。 二、实验原理： （一、）在原子体系中，原子的能量状态是量子化的。用1E 和2E 表示不同能级的能量， ε表示跃迁发出光子的能量，h 表示波尔兹曼常量，ν表示光子的频率，对于原子从 低能级到高能级的跃迁我们有：
21h E E εν==-，其中21 E E h ν-= （1） 由于原子能级的分立，频率ν也为分立值，在分光仪上表现为一条条分立的“线性光谱”，这些频率由巴耳末公式确定： H 原子： 22121 11H H R n n λ?? =- ??? （2） 其中1n 和2n 为轨道量子数，H R 为氢原子的里德伯常数。当1n =2，2n =3，4，5……时，公式（2）对应氢原子巴耳末系。 同理，D 原子：22121 11D D R n n λ?? =- ??? （3） 其中1n =2，2n =3，4，5……时对应氘原子巴耳末系，D R 为氘原子的里德伯常数。 氢原子和氘原子巴耳末系对应的波长差为： 1 2211112H D H D R R n λλλ-???? ?=-=-- ? ?? ???，n =3，4，5……， （4） 其中p H p e m R R m m ∞ =+，22p D p e m R R m m ∞ =+，R ∞＝109737.31cm -1 （5） 由公式（5）可得：1 122p e H p e D m m R m m R ??+= ? ?+? ? （6） 因此： 111 2e H D p e D m R R m m R -=+ （7） 有： 1 2211222e e D D p e p e m m R m m n m m λλ-?? ???= -= ???++? ??? （8） 由于p m >>e m ，所以： 2e D p m m λ λ?≈ （9） 测出对应谱线波长及波长差便可通过公式（9）计算出出电子和质子的质量比。 （二、）仪器
各种光学现象
天空为什么是蓝的： 因为当太阳光进入大气后，空气分子和微粒（尘埃、水滴、冰晶等）会将太阳光向四周散射。因为当微粒的直径小于可见光波长时散射强度和波长的四次方成反比，所以波长较长的红黄等光透射性大，大部分能够直接透过大气射向地面，而波长较短的蓝紫光，很容易被大气散射，但空气分子对紫光的吸收作用较强，所以晴天时天空是蓝色的。 吹肥皂泡时的光学现象： 刚开始时，肥皂泡各处厚度较厚，发生等厚干涉时各级彩色条纹重合在一起，故显为白色，在重力的作用下，使肥皂泡上面薄下面厚，发生等厚干涉时各级彩色条纹分开，故显为彩色，当肥皂泡越来越薄，其厚度接近可见光波长时，所有光干涉相消，从而为无色透明。 油膜的彩色原理： 光在油膜上发生等倾干涉。 晕： 天空中有一层高云，阳光或月光透过云中的冰晶(卷状云、冰雾等)时发生折射和反射，便会在太阳或月亮周围产生彩色光环，光环彩色的排序是内红外紫。称这七色彩环为日晕或月晕，统称为晕。 为什么日出日落太阳是扁的： 由于地球引力的作用，大气层中的空气密度是不均匀的，越接近地面密度越大。早晨和傍晚，太阳光是斜着通过密度不均的大气层的，就会产生明显的折射现象。这种折射越近地面越强，因而，从太阳这个巨大火球下部边缘射来的光线，比它上部边缘射来的光线折射得厉害，下缘也就比上缘抬高的更显著一些。
为什么天上的星星一闪一闪的： 由于恒星距地球远，在地球上只能看见一个小点，当光线穿过大气层时，光线经大气要屡次折射，大气是流动的，这样星星发射的光在传到观察者眼睛的过程中就会忽前忽后、忽左忽右、忽明忽暗，总在不时的变化，所以后一闪一闪的。月全食时月亮缘何“脸红”？ “红月亮”归功于暗红色的光，其实就是照射到月面上的太阳光。在地球周围有层像薄纱似的透明度较好的大气层，阳光从地球侧面的大气中穿行时，是先从空间进入大气层，然后，又由大气层进入空间，这样就产生了两次折射，结果和光线透过凸透镜相仿，有点向内弯，向地心方向偏折的聚合光线就照到月亮上去了。太阳光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各种颜色的光线混合成的。当太阳光经过地球上的大气层被折射到地球背后影子里去的时候，它们都受到大气层中极其微小的大气分子的散射和吸收。像黄、绿、蓝、靛、紫等色的光波比较短，在大气中受到的散射影响比较大，它们大部分都向四面八方散射掉了；红色的光线波长比较长，受到散射的影响不大，可以通过大气层穿透出去,折射到躲在地球影子后面的月亮上。所以，在月全食时，公众看到的月亮是暗红色的，即所谓的“红月亮”。 插入水中的筷子在水面处“弯折” 光从空气进到水里，因为水的密度比空气大得多，于是，在水和空气相交处发生折射，不再沿着原来的方向转播。把筷子伸进水里时，我们眼睛看到的是水下那部分已经发生折射的光线。这股光线当然不会与水面上的光线成一条直线，所以筷子没有断，但是看起来却像断了一样。
详细分析光学相控阵LiDAR
详细分析光学相控阵LiDAR 由于全固态LiDAR内部没有任何宏观或微观上的运动部件，耐久性和可靠性的优势不言而喻，且顺应了自动驾驶对LiDAR固态化、小型化和低成本化的趋势，因此成为车用激光雷达的趋势。下面就按照不同的固态激光雷达技术做简单介绍。首先要介绍的是光学相控阵LiDAR。 1.光学相控阵LiDAR 激光雷达从机械转动向聚束成形的进化趋势与雷达完全相同：军事上广泛应用的相控阵雷达一般拥有上千个发射天线单元，通过调节波束合成的方式，可以改变雷达扫描的方向而不需要机械部件运转，灵活性很高，适合应对高机动目标，还可发射窄波束作为电子战天线。 对于激光雷达，为了完全取消机械结构，考虑通过调节发射阵列中每个发射单元的相位差来改变激光的出射角度，采用相控阵原理实现固态激光雷达。 那么什么是相控阵原理呢？生活中最常见的干涉例子是水波，两处振动产生的水波相互叠加，有的方向两列波互相增强，有的方向正好抵消，将这个原理放大，采用多个光源组成阵列，通过控制各光源发射的时间差，就能合成角度灵活，且精密可控的主光束，这就是相控阵的原理。 在光学相控阵（OPA，Optical Phased Array）LiDAR中，相控阵发射器由若干发射接收单元组成阵列，通过改变加载在不同单元的电压，进而改变不同单元发射光波特性（如光强、相位），实现对每个单元光波的独立控制，通过调节从每个相控单元辐射出的光波之间的相位关系，在设定方向上产生互相加强的干涉从而实现高强度光束，而其它方向上从各个单元射出的光波彼此相消，因此，辐射强度接近于零。组成相控阵的各相控单元在程序的控制下，可使一束或多束高强度光束的指向按设计的程序实现随机空域扫描。 光学相控阵是怎样通过控制发射阵列中每个发射单元的相位差来改变激光的出射角度呢？
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
多道光谱仪测光谱并光谱分析实验报告
近代物理实验实验报告 实验课题：使用光学多道测量光谱与光谱分析 班级：物理学061 姓名：任军培 学号：06180130 指导老师：方允樟 2008年11月21日
一、摘要： 本实验通过使用光学多道测量光谱了解和学会使用光学多道分析仪，并学会了通过光学多道分析仪分析氢、氮、氦、氖等光谱。测量了氢光谱的巴尔末系中Hα、Hβ，Hγ，Hδ四种谱线的波长和里德伯常数。 二、关键词：光学多道分析器里德伯常数光谱 三、引言：常用的光谱涉及的波段从X射线，紫外线，可见光，红外线，微波到射频波段。所以光谱技术是研究物质微观结构的重要手段，它被广泛地应用于医学，生物，化学，地质考古，冶金等许多场所。光谱实验的数据为了解原子、分子和晶体等精细结构提供了重要依据。而光学多通道分析器是用平面光栅衍射的方法获得多级衍射光的仪器，用它可对给定波长范围的单色光进行光谱分析，与单缝，双缝衍射相比，平面光栅衍射具有衍射本领大，衍射光线亮，分辨率高等特点。因而在特征谱线分析中有着广泛的应用。本实验通过测量各种气体灯光的原子在可见光波段的发射光谱使大家了解光谱与微观结构（能级）间的联系和学习光谱测量的基本方法。 四、正文： 1、实验原理 衍射包括单缝衍射，双缝衍射和光栅衍射。它们都可用来测量光波的波长，但由于单缝衍射，双缝衍射在各级衍射的分辨率与亮度存在矛盾，而光栅正好解决了两者间的矛盾，所以实验中大多采用平面光栅来做实验。光栅一般分两类，一类是透射式(见图1)，另一类是反射式(见图2)。透射式光栅是在一块平面透明的玻璃板上刻上平行，等间距又等宽的直痕，刻痕部分不透光，两刻痕间能透光，相当于狭缝。相邻刻痕间的距离d称为光栅常数。反射式光栅是在镀有金属层的表面上刻划斜的平行等间距刻痕，斜面能反射光。本实验用反射式平面光栅。 图1平面透射光栅图2平面反射光栅 利用现代电子技术和计算机技术接收和处理某一波长范围内光谱信息的光学多通道分析与检测系统的基本框图如图3所示。 图3光学多通道分析与检测系统的基本框图
中考物理专题光学教案光现象透镜及其应用
《光现象》复习教学案（2课时） 蒋中初三备课组 一.教学目标： 1、了解光的色散 2、知道光的三原色和颜料的三原色 3、知道红外线和紫外线以及它们的主要特征和应用 4、知道光的直线传播的条件并能用直线传播的原理解释一些现象 5、知道平面镜成像原理及其应用 6、掌握光的反射定律及了解其应用 二、知识回顾 1、______ 叫做光源。光源分为______ 禾廿___ 。 2、白色光不是单纯的光，它是由______________________________ 七种不同的色光组成， 当太阳光通过三棱镜后，会分解成七色光的现象叫_________________ 。首先用实验研究光的色散现象的是英国物理学家 ________ 。 3、光的三原色是指________________ 。颜料的三原色是指 ________________ 。 4、有色的透明物体只能透过________ 的色光，即透明物体的颜色是由色光决定的。 有色的不透明物体只能反射 _______ 的色光，不透明物体的颜色是由它__________ 色光决定 5、光具有的能量叫____ 。太阳的热主要是以_______ 的形式传送到地球上来的。 6、红外线能使被照射的物体发热，因此它具有____________ 效应；紫外线最显著的性质是 它能 ______________ 。 7、光在传播的过程中，如果遇到不透明的物体，在物体的后面不能到达的区域便产生了 影子，这说明光是 ___________________ 。 8、平面镜的成像特点是：①平面镜所成的像不能呈现在白纸上，是—像。②像的大小 与物体的大小 ________ 。③像与物的连线与镜面________ ④像到镜的距离与物到镜的距离 _______ 。⑤像与物以镜面_____________ 的。 9、在“研究平面镜成像的特点”实验中，在桌面竖立一块玻璃作为平面镜。实验时，要 使镜后的物体与镜前物体成的像重合，这是为了____________________________ ，从而发现的特点；如果用尺量出物、像到平面镜的距离则发现_______________ 的规律；如果用笔画出物、像对应点的连线，则发现物、像对应点的连线与镜面__________________ ;平面镜成的是 ______________ 像。
液晶光相控阵技术及应用研究
液晶光相控阵技术及应用研究 采用向列型液晶材料制作的纯相位液晶光相控阵具有响应速度快、分辨率高、体积小、重量轻、可编程性强等突出优点,成为近年 来国内外光学相控阵领域中研究的前沿热点。作为一种性能优良的光学器件,本文对液晶光相控阵技术及应用问题展开研究,主要工作与 贡献如下:1、针对基于液晶光相控阵实现高效率精确非机械式波束偏转问题,详细研究了液晶光相控阵的栅瓣形成机理,推导出了各个模 型下出射光束远场光强分布的解析表达式,并给出了栅瓣位置及强度 的估算公式,发现栅瓣的位置和强度由单缝衍射与多缝干涉共同决定。通过实验验证了二元光栅模型能够更准确地解释液晶光相控阵的栅 瓣形成机理。2、针对系统输出功率较低的问题,研究了基于二维液晶光相控阵阵列的激光相干合成原理,深入分析了不同情况下各子阵的 附加相位对光束相干合成的影响,提出了实现合成光束在阵列视场域 内连续扫描的方法。基于实验室自制的液晶光相控阵,验证了合成光 束的一维偏转。3、针对矢量光场的生成问题,设计并构建了基于液晶光相控阵的通用型矢量光场发生器,推导出了发生器中液晶光相控阵 四个部分之间的坐标关系以及各个部分相位图的计算公式。提出了实现矢量光场发生器中4 f系统非机械式横向精确对齐的方法,有效降 低了发生器中光路对齐的复杂度,增加了系统的灵活性。4、针对矢量光场发生器中存在的一些影响光场调控精度的不利因素,构建了矢量 光场发生器的自适应闭环结构,显著提高了系统的工作性能,并扩宽 了其应用范围。校正了矢量光场发生器的偏振调制,在提高偏振调制
精度的同时减小了调制过程中两个自由度之间的相互耦合。给出校正幅度调制的迭代优化算法,可以在几步之内快速收敛,实现像素级上的幅度优化。5、建立了控制衍射极限矢量光场自旋轴指向的通用型数学模型,通过将位于高数值孔径透镜焦点处的电耦极子辐射出来的电场进行相干叠加,推导出了透镜孔径面上所需的入射光场的解析表达式,利用优化后的矢量光场发生器准确生成了焦场在几种不同自旋轴指向下所需的入射光场,并通过Richard-Wolf矢量衍射理论详细仿真了理想和实验情况下强聚焦场的电场分布情况。同时计算了焦场的自旋密度,定量分析了其自旋轴指向。
生活中的光学小实验
生活中的光学小实验 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
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。
凃逍羽 用光学多道分析器研究氢原子光谱
用光学多道分析器研究氢原子光谱 凃逍羽 武汉大学 物理科学与技术学院 物理学基地1班 学号：2011301020019 摘要：使用光学多道分析器测定氢原子巴尔末系中H αH βH γH δ波长，并利用所测的波长拟合计算出氢 原子的里德伯常量。 关键词：光学多道分析器 氢原子光谱 巴尔末系 里德伯常量 the Study of Hydrogen Atomic Spectrum with Optical Multichannel Analyzer Tu Xiaoyu Wuhan University Physical science and technology academy Basic physicsclass 2011301020019 Abstract: By using the OMA, this article will measure out the wavelength of H αH βH γH δ in the Balmer spectrum, and work out the Rydberg constant of hydrogen atom by using the wavelength above. Keywords: Optical Multichannel Analyzer, Hydrogen atom spectrum, Balmer spectrum, Rydberg constant 0.引言： 下图为氢原子的能级图．根据玻尔理论，氢原子的能级公式为： （34-1） 式中称为约化质量，m e 为电子质量，M 为原子核质量．氢原子的等于1836.15。 电子从高能级跃迁到低能级时，发射的光子能量h ν为两能级间的能量差 如以波数 表示，则上式为 ()() ()()E m E n T n T m hc σ-= =- 221 1H R n m ??=- ??? 式中R H 称为氢原子的里德伯常数，单位是m -1 ，T(n)称为光谱项，它与能级E(n)是对应的．从R H 可得氢原子各能级的能量 式 中 - 4 .-1 h=eV s m s c ? ?= ?? 从能级图可知，从3≥m 至2n =的跃迁．光子波长位于可见光区．其光谱符合规律
生活中物理现象与原理
一）关于白炽灯 1、构造： （1）为什么用钨做灯丝？因为钨的电阻率大、熔点高。 （2）灯丝为什么做成螺旋状？为了减少热量损失，提高灯丝温度。 （3）外形为什么要做成梨形的？当灯泡做成梨形后，高温下的金属钨升华产生的钨蒸气随气流上升，遇到颈部温度较低的玻璃时，钨蒸气凝华而沉积下来，灯泡的下部就不易因变黑而影响照明了。中考一对一冲刺 （4）为什么灯泡内要抽成真空或充入惰性气体？为了防止灯丝氧化，阻碍钨的升华；提高灯丝的使用寿命。 （5）为什么额定电压相同，额定功率不同的灯泡灯丝粗细不同？ 因为相同长度的灯丝，越粗电阻越小，反之越大，根据P=U2/R可判断，灯丝越粗的灯泡，其额定功率越大，灯丝越细的灯泡，其额定功率越小。 2、原理： （1）白炽灯根据什么原理工作的？根据电流的热效应。 （2）白炽灯的亮度有什么决定？由灯泡的实际功率决定，实际功率越大越亮，反之越暗。 （3）白炽灯发光时的能量是怎样转化的？电能转化为内能和光能。 3、使用： （1）用久的白炽灯泡内壁为什么会发黑？构成灯丝的金属钨先升华后凝华附着在灯泡的内壁上。 （2）用久的白炽灯为什么没有新买时的亮？因为灯丝升华后变细，电阻变大，在实际电压相同的情况下，电灯的实际功率变小，从而亮度变暗。 （3）白炽灯灯丝烧断后重新搭上，为什么会变亮？因为灯丝长度变短，导致电阻变小，根据P=U2/R知，在电源电压不变的情况下，灯泡实际消耗的电功率变大，所以电灯变亮。中考提高辅导 （4）晚上用电高峰时，教室内电灯较暗，深夜时，电灯较亮，这是为什么？因为用电高峰时，同时使用的用电器较多，干路电流较大，分去的电压较多，
电灯上得到的电压小，从而实际功率小，所以发光较暗。而深夜时，同时使用的用电器较少，干路电流较小，分去的电压较少，电灯上得到的电压大，从而实际功率大，所以发光较亮。 （5）在连接白炽等的灯头线时，通常在灯头内用电线打一个保险扣，为什么？防止灯头脱落。 （6）安装螺丝扣电灯应注意什么？应把与螺旋套相连的接线柱接到零线上，火线进开关后，另一个接线柱接在灯头有金属弹簧片的接线柱上。 （7）某灯不亮，用测电笔接触灯头两接线柱，氖管都亮，为什么？进户的零线断了或与零线相连的导线断了。 （8）甲灯标有“220V45W”，乙灯标有“220V100W”，两灯并联哪个灯更亮？串联呢？因为甲灯电阻比乙灯大，所以并联乙灯更亮，串联甲灯更亮。 二）关于自行车 1、自行车上的力学知识。 1．测量中的应用 在测量跑道的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径为0.71米或0.66米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率π，即约2.23米或2.07米，然后，让车沿着跑道滚动，记下滚过的圈数n，则跑道长为n×2.23米或n×2.07米。 2．力和运动的应用 (1)减小与增大摩擦。中考辅导数理化 车的前轴、中轴及后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。 多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如车的外胎，车把手塑料套，蹬板套、闸把套等。变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧车闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。 (2)弹簧的减震作用。 车的座垫下安有许多根弹簧，利用它的缓冲作用以减小震动。 3．压强知识的应用
生活中的光学..-共9页
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
WGD-6型_光学多道分析器_说明书
．规格与主要技术指标 波长范围焦距相对孔径分辨率波长精度波长重复性杂散光 300 －900nm D/F =1/7 优于0.2nm <± 0.2nm < 0.1 nm < 10- 3 302.5mm CCD电荷耦合器件）接收单元 光谱响应区间300 - 900nm 积分时间1 - 88 档 重量20kg 2048．基本原理
S3 1512-1光学原理團 Ml:反射饥M2:准光■铳、M3:物孤测牟持镜、G:平面衍射光涮、 51：入射探鮭“ 52：CCD接收检置、S3:观察窗〔或出射験缝、 WGD-6型光学多道分析器，由光栅单色仪，CCD接收单元，扫描系统，电子放大器，A/D采集单元，计算机组成。该设备集光学、精密机械、电子学、计算机技术于一体。光学系统采用C— T型，如图2-1 入射狭缝、出射狭缝均为直狭缝，宽度范围0- 2mn连续可调，光源发出的光 束进入入射狭缝S1、S1位于反射式准光镜M2的焦面上，通过S1射入的光束经M2 反射成平行光束投向平面光栅G上，衍射后的平行光束经物镜M3成像在S2上。 M2 M3 焦距302.5mm 光栅G 每毫米刻线600条闪耀波长550nm 二块滤光片工作区间白片320 —500nm 黄片500 —900nm 三?安装 3.1开箱 打开仪器的包装后，请对照装箱单对仪器的齐套性进行认真清点验收，如发 现与装箱单不符或者仪器表面有明显的受损现象请立即与售方联系解决。仪器的齐套性见装箱单
3.2安装场地 该仪器是实验用仪器。为了提高仪器的工作质量和延长仪器的使用寿命，在选择仪器安装场地时应注意以下几点： 1.环境温度20± 5C 2.净化湿度<65% 3.无强振动源、无强电磁场干扰。 4.室内保持清洁、无腐蚀性气体。 5.仪器应放置在坚固的平台上。 6.仪器放置处不可长时间受阳光照射。 7.室内应具备稳压电源装置对仪器供电，装有地线，保证仪器接地良好。 3.3安装方法 圏斗2联线示盍图 WGD-型光学多道分析器，系精密仪器。因此仪器安装的场合应满足安装环境的要求。工作台必须平稳。系统联线示意图如图3-2: 3.3.1准备
神奇的自然现象
（投10，生活花絮） 探索大自然 五（7）班杨浩 大自然真是如此神奇，它创造了万物，并给与了万物生命。同时，它还有无数神秘又奇妙的现象等着我们去探索······“野火烧不尽，春风吹又生”，野草是伟大坚韧的象征；“出淤泥而不染”的荷花是高尚纯洁的象征；大雪压青松，青松挺且直，松柏是坚毅挺拔的象征。可是，嫩草为什么不会被熊熊烈火烧死？荷花为什么出淤泥而不染？松柏又为什么能在石缝中生长呢？ 带着这些疑惑，我开始在网上查找资料。原来野草的生命力顽强，是因为为它提供养分的是根部，所以即使大火烧掉了它的叶子，它的根部还是能重新长出嫩芽，除非是连同它的根部一起烧掉，否则还会一直生长；荷花出淤泥而不染是因为它们的外表层布满了蜡质，当它们的叶芽和花芽从淤泥中抽出来的时候，表层的蜡质让污泥浊水很难沾附上来，即使有一点污泥浊水沾附，也会被雨水冲洗干净；松树的叶子像针一样，这就避免了水分蒸发，让松树耐旱，同时，像针一样的叶子会让树干的阻力变得很小，这样让松树既不会被大风刮倒，也不怕风霜雨雪，自然能坚韧地生长在石缝中了，著名的迎客松就是比较典型的例子。 北极光是一种非常神奇的自然现象，它出现于北半球的高纬度地区，一般在北极圈上空绚丽多彩的光体就是北极光。从本质上来说，极光是原子与分子在地球大气层上运作所激发的光学现象，它的行成
一般有三大要素：太阳风、地球磁场和大气。当带电微粒流向地球磁场作用范围时，在磁场的影响下，沿着地球磁力线高速进入南北磁极附近的高层大气中，与氧原子、氮分子等物质碰撞而产生了电磁风暴和可见光，这就是北极光。 大自然的神奇现象远远不止这些，有太多的现象等着我们去探索和发现。 指导教师：李泽徐 聪明出于勤奋，天才在于积累。
基于二维材料／相变材料／半导体的集成光相移器的制作方法
基于二维材料／相变材料／半导体的集成光相移器的制作方法 本发明属于光学领域，涉及光学器件，具体涉及一种基于二维材料/相变材料/半导体的集成光相移器。 背景技术：
半导体技术所催生的光电集成技术可以将庞大的光学系统和链路芯片化，从而极大地降低功耗和成本，在通信互联上已有了广泛的应用，在传感成像、人工智能等领域也有着巨大的应用前景。在集成光电芯片中，通过调控波导中传播的光信号即可实现光芯片所设计的功能。 集成光相移器是对光波相位进行调控的光器件，而通过相移还可以实现光学相控阵、调制器、延迟线、可调光衰减器等器件。光波的相位调控主要依赖于对波导折射率的控制，目前可调相移器的实现方式主要有热光调控、电光效应、自由载流子色散和等离子体效应等。这些折射率调控方法在高速或低功耗调制等方面各有千秋，但由于调控中折射率所能达到的改变量不大，器件长度通常较长。此外，外部供能停止后，器件被改变的状态就会恢复至调控前，即这类调控手段都不具有非易失性，因而静态功耗较高。 硫系相变材料是一种可在光/电脉冲诱导下发生快速(可达亚纳秒级)、可逆的固态相转变，并在相变前后产生巨大光学性能差异的材料。由于其具有独特的非易失性，将硫系相变材料集成，可以实现无需静态功耗的非易失性光器件。此前，由于传统硫系相变材料(如Ge2Sb2Te5等)对折射率的调控都伴随着光吸收损耗的上升，虽然容易实现光的强度调控，但却无法在保证光强不变的前提下仅针对光的相位进行操控。 相变集成光器件的可逆调控主要依靠激光脉冲或电脉冲来实现。电调控具有稳定性高、集成度高等优势，是一种非常适合应用于光电集成芯片中的调控方式。然而，以往电调控中所使用的氧化铟锡或金属电极等都
生活中的光学
为什么熟鸡蛋能竖立旋转 把一只煮熟的鸡蛋放在桌上旋转，如果用力合适，它转着转着就会竖立起来，而生鸡蛋就不会这样。英国和日本科学家对这一现象作出了物理学解释。 熟鸡蛋在旋转过程中竖立起来，这看上去是违反物理规律的，因为它的重心升高，整个系统的能量似乎增加了。科学家在28日出版的英国《自然》杂志上报告说，事实上是熟鸡蛋的部分旋转能量在蛋壳与桌面之间的摩擦力作用下转换成了一个水平方向的推力，使熟鸡蛋的长轴方向改变，在一系列的摇晃震荡中由水平变为垂直。而生鸡蛋的内核是液态，会吸收旋转能量，使它不能转化为推力，因此生鸡蛋在旋转时不会竖立起来。 科学家说，产生这一现象的关键是蛋壳与桌面间的摩擦力要恰到好处。在完全光滑的桌子上，旋转的鸡蛋不会竖立起来。而桌面太粗糙了也不行。此外，鸡蛋的旋转速度也要合适，在大约每秒10转的临界速度以下，鸡蛋不会竖立起来。科学家还发现，鸡蛋能否竖立起来与其旋转的初始方向没有关系，而且鸡蛋也能以任一端立着旋转。 伽利略望远镜的原理及光路图 物镜是会聚透镜而目镜是发散透镜的望远镜。光线经过物镜折射所成的实像在目镜的后方（靠近人目的后方）焦点上，这像对目镜是一个虚像，因此经它折射后成一放大的正立虚像。伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。其优点是镜筒短而能成正像，但它的视野比较小。把两个放大倍数不高的伽利略望远镜并列一起、中间用一个螺栓钮可以同时调节其清晰程度的装置，称为“观剧镜”；因携带方便，常用以观看表演等。 你可以用很低的费用制作一架伽利略式望远镜。从文化用品商店买一块直径、焦距大一些的眼镜片作为物镜和一块焦距、直径较小的透镜作为目镜。用胶水和小槽把两块镜片装在硬纸筒内，再做一个简单的台座，于是一架能够看到月亮上的群山、银河中的繁星和木星的卫星的望远镜便制成了。想想看，伽利略就是用这人发现的。但是切记，不要通过望远镜直接观察太阳，以免高温灼伤眼睛！伽利略的折射望远镜有一个令人讨厌的缺点，就是在明亮