几何光学-第五章-光源
第五章光源§1 概述任何把其它形式能量转化为光能并发射出来的物体叫做光源，可分为被动和主动发光的光源，因此，光源这个题目太大，如图5－1示，现只介绍在光学实验室里经常使用的光源，例如，热辐射类型和非热辐射类型。
图5－1 光源的分类热辐射类型光源就是将热能转化为光能的器件，从热辐射的量子理论，温度处于绝对零度的物体都可能辐射，即为温度辐射，已知黑体是完全的温度辐射体，其它的辐射体发射的能量在同一温度时少于黑体，理论和实验研究得出不同绝对温度下黑体的辐射亮度与光波长的关系曲线如图5-2示，绝对温度决定辐射的最大波长值，它们成反比关系，叫做维恩定律：λm＝A／T，其中A是常数（A=2.896×10-3m.K）,可见随着温度增高光波长的峰值移向短波方向。
非热辐射类型可能是电致发光，光致发光，化学发光或生物发光等等光源，使用者可视具体需求和可能选用某种光源。
我们只介绍常用的光源，如钨灯，钠灯，汞灯和激光器等。
图5－3和5－4分别给出卤素灯和氙气灯的发射谱线，它们来自产品广告资料。
图5－2黑体辐射图5－3 卤素灯光谱图5－4 氙灯光谱§2 连续光谱灯根据上述热辐射理论，光波长与温度满足一定的规律。
加热铁、碳或钨等物体，可以发射出连续光谱而成为光源。
常见的为钨制成的灯，因为钨具有蒸发速率较小、发光效率较高，灯的寿命较长等特点，钨可制成丝或带状，叫做钨丝灯或钨带灯。
钨的辐射本领见图5－5示，可见它发射的是连续谱线。
在灯泡内充氩或氮等惰性气体时，它们发射可见光波和近红外光波，构成连续谱线，图5－6中的a 表示光栅光谱仪测绘的白炽灯谱线，看起来颜色白里含黄红色。
钨灯工作电压用交流或直流电压，电压大小或功率大小可视需要选择。
灯泡里充有溴、碘、或其它卤元素时，是溴钨灯、碘钨灯、或卤钨灯。
溴钨灯也发射连续光谱（图5－6的c ），但更近白色，因为里边短波长成份比白炽灯发射的多。
图5－6的b 是钨带灯发射的谱线。
溴钨灯工作电压一般在几十伏以内，交流或直流电均可，由于工作电压不同，加热钨丝产生的温度也不同，对应的的光波长也不同，图5－7表示钨带灯在不同电流加热时，测量其温度变化的情况。
实验室使用它们时要保持恒流或恒压，同时还加有风冷，目的在于保持稳定的工作温度，以保证在长时间点燃它们时，其发射谱线形状和强度不发生变化或相对变化较小。
顺便提一下，钨的熔点高达3665Κ，采用熔化拉丝成型很难，因此，一般是将钨粉与粘合剂混合，挤压成带状或细丝，高温烧结固化，去掉粘合剂，得到钨丝或钨带，钨丝很脆，易断。
最后，还要进入玻璃工艺流程，才能制成钨灯。
200300400500600700800200400600800I (a .u .)λ (nm )ab c1.4 1.6 1.82.0 2.2 2.4220023002400250026002700280029003000T (K )I (A)图5－6 三种钨灯谱线 图5－7钨带灯温度与电流关系图5-5 钨灯图5-5 钨灯§3 常用灯光谱汞灯和钠灯等是金属蒸气在电场激发下，辉光或弧光放电发光的，其发射光谱很丰富多彩，但在实验室中往往只使用部分谱线。
钠灯的谱线在可见波段，一般有很强的589.00 nm 和589.59 nm 双黄线。
必须指出，有的参考书刊给出钠黄光波长是589.30 nm ，实际该谱线并不存在，是两条强谱线的平均值。
较弱的有616.07 nm 和615.42 nm ， 568.89 nm 和568.26 nm ， 515.37 nm 和514.91 nm ， 498.29 nm 和497.86 nm ， 475.19 nm 和474.80 nm ， 466.86 nm 和466.47 nm 等几组双线。
图5-8 表示实验室钠灯谱线。
2003004005006007008002004006008001000I (a .u .)(n m )图5-8 钠灯谱线汞灯的光谱如图5-9所示，谱线比较多，高压汞灯和低压汞灯的较强的谱线参见表5-1和图5-10。
表里有标识的十三条谱线常被认为标准波长值而用来标定单色仪。
图5－9 汞灯光谱表5－1 高压汞灯主要谱线2005-5-2020图5－10 低压汞灯主要谱线实验室常用的汞灯或钠灯的工作电压为20伏，功率为20瓦。
由于电场激发，产生辉光或弧光放电，它具有负阻特性。
为了稳定工作点，一定要配备电感线圈制作的镇流器，因此，通电后要等待10分钟左右，才能正常工作，发射出光波。
相对应的是灯突然熄灭后，要等待几分钟，冷却以后才能重新工作。
还应指出的是，灯泡的材料是有选择的，例如，汞灯灯泡用玻璃材料时，将吸收紫外线只透过可见光，而用石英制备灯泡，则能得到紫外光谱线。
请注意，氙气灯（图5－4），氦气灯，氢灯（图5－11）和氖灯等等，是在高压条件下工作，气体辉光放电发光，起辉高压达到5千伏，工作一般在2千伏以下，工作电流在10毫安左右，属于高压、低电流工作的光源，使用时一定要注意安全。
而弧光放电多在低压、大电流条件下工作。
30040050060070080002004006008001000I (a .u .)图5－11 氢灯谱线顺便提一句，在透镜制备工艺流程里，通常用红、黄、蓝三种色为可见波段的参考标准，准确地讲，它们是夫琅和费谱线，如表5－2示。
红色是H 的656.2816 nm ，黄色的是 He 的 587.5618 nm ，蓝色的是 H 的486.1327 nm ，它们也叫做C 线，D3(d)线和F 线。
必须说明，这与色度学研究所用的三基色：红(700.0 nm ），绿(546.1 nm)和蓝(435.8 nm)不相同。
表5－2 常用的标准谱线波长 (nm)图5－12§4 激光器（１） 简述在基础光学实验室现使用的激光光源有氦氖激光器，半导体激光器和半导体激光泵浦的固体激光器，现略加介绍。
自从1960年第一台红宝石激光器面世以来，现在可以讲激光主导了光学领域。
激光器主要由三部分组成：谐振腔和增益介质以及激励机制。
前者具备选择和正反馈的功能，选定某种固定传播方向，频率和偏振态的光波模式，对它们进行正反馈，共振放大，再输出光波。
增益介质内具备与腔选定的频率相等的共振跃迁频率，通过受激发射向确定的光波模式提供能量，产生具有很高简并度的光波，即激光。
因为简并度表示相同的波型或模式，或者说具有相同状态的光子数目，激光因此有很好的单色性、方向性、相干性和高亮度。
①单色性可看谱线的线宽δλ或δν的大小（图5－12）。
②方向性是看光束的发散角2θ＝λ/d 的值，其中d 是激光器出射孔径。
③相干性可从相干时间τ和相干长度分析，相干时间τ用迈克耳孙干涉仪可以测量，根据同一光源的光波在不同时刻分为两束，迭加，产生相干，测定相干长度ΔL ，再除光速c 得出相干时间：τ=ΔL/c 。
④高亮度主要是定向亮度，它与光子简并度成正比，激光具很高简并度必然有高亮度。
此外，激光还有普通光源没有的特点，例如，它的光束可被压缩成超短的脉冲等等。
激光器有多种分类观点，或从工作介质、或从工作方式、或从用途进行分类。
例如，从工作介质区分，有气体激光器、固体激光器、半导体激光器、染料激光器和自由电子激光器等等，而且每一类又可分为许多类型。
图5－13 氦氖激光器（２）氦氖激光器●结构形式。
它是最典型的中性原子激光器，工作介质是在放电毛细管内充有一定比例的氦气和氖气，谐振腔是由两端一对高反射率、相互平行的反射镜组成，反射镜镀上多层介质膜，一端全反射，另一端为输出激光的部分反射镜，反射镜有用凹透镜、平凹透镜和平面镜。
从反射镜与毛细管的相对位置将氦氖激光器分为内腔式，半内腔式和外腔式，如图5－13示，它们的区别在于是否有布儒斯特窗片。
反射镜或布儒斯特窗片一定与毛细管真空密封。
图5－14是北京大学物理学院的产品的内部结构图。
图5－14 氦氖激光器内部结构图●工作原理。
氦氖激光跃迁发生在氖原子的不同激发态之间，如图5－15示，在外加电场下，氦气放电电离，内部电子碰撞激发跃迁，在激发态发生共振并将能量转移给与激发态相近的氖原子的某些激发态的能级，使后者之间产生粒子数反转分布，在一定条件时发生受激跃迁，再经谐振腔的作用，最终输出激光。
图5－15 氦氖能级图●性能指标。
氦氖激光器作为产品，一般给出型号和相应的主要性能指标，例如，波长，工作模式，功率及其稳定性，光束直径，发散角，偏振程度，寿命等等，表5－3给出北京大学物理学院的632.8nm氦氖激光器产品一些资料。
表5－3●几点说明。
氦氖激光器使用时要一些注意问题，例如，工作电压为1～5千伏，工作电流为4～20毫安；要达到正常工作状态必须预热一些时间，一般约半小时左右；长期不用时应当在一定时候点燃它；现在工艺水平已能保证产品质量，一般毛细管较短的氦氖激光器输出功率小，但是单模输出，其谱线宽度达到2×10-3nm，即相干长度为约20厘米，其谱线较锐。
还应指出，输出的激光束是高斯光束，如图5－16示，在扩束、压缩或变换时必须充分考虑此特性。
图5－16（３）半导体激光器★工作原理。
从根本上讲，半导体激光器产生激光有两个条件：粒子数反转和阈值条件，这与别的激光器一样，但是半导体激光器工作原理仍有其特点，能带理论指出，半导体内有导带和价带，它们之间是禁带，能带由许多密集的能态组成（图5－17），带电粒子占有能态几率服从费米－狄拉克统计分布规律。
要实现粒子数反转，要构造谐振腔，还要令受激发射超过受激吸收，克服谐振腔内的损耗才可能输出激光束，因此，用具有高简并度的P型材料和N型材料制成PN结，其能带图如图5－18示。
利用半导体晶体具有解理面的结构特性，制备法布里－泊洛谐振腔，制成一个半导体二极管（图5－19）。
当PN 结两端加上正向电压时，改变能带图，在PN结的耗尽层内实现粒子反转，此时，它具备对内部和外部的光子进行谐振放大的能力或具有正增益。
继续增加工作电流，增多注入载流子，使增益达到某定值时将输出激光，这定值叫阈值。
它的输出功率与工作电流的关系曲线见图5－20。
图5－17 半导体能带图5－18图5－19半导体激光器结构图5－20★性能指标。
半导体激光器相比别的激光器来讲，其能量转换效率高，体积小，重量轻，可靠性好，可直接调制。
特别是能与其它半导体元器件一起大规模集成的突出特点，加上制备工艺流程的进步，从LPE到MOCVD或MBE的成熟，使半导体激光器快速发展，现在已经达到相当高的水平，越来越多的半导体材料用于制备半导体激光器。
主要性能指标：首先是阈值大小，这从输出功率与注入电流曲线可一目了然。
再就是转换效率，一般外微分量子效率可高达30%。
第三是激光的模式，如图5－21示，由于发光区几何尺寸不对称，远场是椭圆形状，即半导体激光束也是高斯光束。
大学物理--几何光学
B
B
B
ndl n dl
A
A
而由公理：两点间直线距离最短 A
B
dl 的极小值为直线AB A
所以光在均匀介质中沿直线传播
2.光的反射定律
Q点发出的光经 反射面Σ到达P点
P’是P点关于Σ 面的对称点。
P，Q，O三点 确定平面Π。
直线QP’与反射 面Σ交于O点。
nQO OP
则易知当i’=i时，QO + OP为光程最短的路径。
•直接用真空中的光速来计算光在不同介质中通过一定 几何路程所需要的时间。
t nl ct cc
•光程表示光在介质中通过真实路程所需时间内,在真空
中所能传播的路程。
分区均匀介质:
k
nili
i 1
,
t
c
1 c
k i 1
nili
连续介质:
ndl (l)
二、费马原理
1.表述：光在空间两定点间传播时，实际光程为一特 定的极值。
'
nl
nl '
n r 2 r s 2 2 r r s cos
n
r 2
s '
2
r
2
r s '
r cos
A
l
i -i` l '
P
-u
-u`
C
P` -s` O
-r
-s
对给定的物点，不同的入射点，对应着不同
的入射线和反射线，对应着不同的 。
由费马原理可知 :当 d PAP' 0 时,
2. 光的折射反射定律：
(1) 光的反射定律：反射线位于入射面内，反射线和 入射线分居法线两侧，反射角等于入射角，即
几何光学
本章的内容总结为三部分 第一部分研究的内容为 1、光的传播的基本概念
2、几何光学的基本实验定律
3、费马原理
构成了几何光学的基础理论
第一部分的要求：
1、明确光的传播的基本概念，如光线、波面和光 速等。
2、通过课堂讨论掌握几何光学中的几个基本实验 定律：光线的直线传播定律、反射定律、折射定 律、光的独立传播定律和光线的可逆原理。 3、掌握费马原理的物理意义
n2 P1点的坐标 y1 n1
P2点的坐标
y
2
y2
n2 n1
y2
P'点的坐标
n12 3 x y 2 1tg i1 n 1
2、分析
n2 y y n1
n12 2 1 2 1tg i1 n 2
3 2
几何光学
本章的特点是不考虑光的本性问题，而仅以光 的直线传播性质为基础，研究光在透明介质中传 播的问题。几何光学的理论基础，就是由实际观 察和直接实验得到的几个基本实验定律所决的。 光的直线传播对于光的实际行为只具有近似 的意义，所以拿它作为基础的几何光学，就只能 应用于有限范围和给出近似结果。几何光学只不 过是波动光学在一定条件下的近似。
（2）P发出狭窄光束几乎是垂直入射时i1≅0
x 0
n2 y y1 y2 y n1
P'、P1、P2点近似地重合，此时可以认为单心性得以保持。
4、象似深度
当沿着水面垂直方向观测水中物体的深度称为象似 深度
弄清楚各物 理量表示的 意义及计算 时如何处理
注意
n2 y y n1
物空间、象空间、物方折射率、象方折射率等概念
n n
2 1
2 2
第五章 光的衍射
yy1
x12 y12 2z1
z1
x2 y2 2z1
xx1
z1
yy1
这一近似称为夫琅和费近似，在此条件下看到的衍射现象称
为夫琅和费衍射，观察屏所处的区域称为夫琅和费衍射区
E~(x,
y)
exp(ikz1)
iz1
ik exp[
2z1
(x2
y 2 )]
~ E ( x1,
y1)
exp[
ik z1
( xx1
33
2.当 m 处有极小值：Imin 0 对应 a sin m, m 1, 2
时出现极小值！
如何理解衍射公式中 asinθ=mλ（m=±1; =±2… )时出现暗纹。
而干涉中公式中 asinθ=mλ（m=0；±1; =±2… )时出现亮纹？
34
3.相邻两个暗点间存在一个极大值。
dI
d
d
给出了比例系数 c 1
2
i
指出波前(Σ)面并不限于等相面，凡是隔离实在的点光源与场点
的任意闭合面，都可以作为衍射积分式中的积分面。
16
基尔霍夫边界条件（假设)
闭合面（）=0 +1+2
对衍射场的贡献:
(1)、无穷远面2：E(Q)=0 (2)、光屏面1：E(Q)=0 (3)、光孔面0对场点有贡献。
k ( z1
x2 y2 2z1
xx1
z1
yy1
x12 y12 2z1
[(x
x1)2 ( y 8z13
y1)2 ]2
)
中的第5项
k[(x x1)2 ( y y1)2 ]2 8z13
由于菲涅尔衍射光斑只是略有扩大，取 (x x1)2 ( y y1)2 2
《光学》全套课件
Δ
=2en2
(
1 cosγ
sin2 γ) +λ cosγ 2
Δ
=
2en2
c
os
γ
+
λ 2
Δ =2e n22
n12
sin2 i +λ 2
干涉条件
2e
n22
n12
sin2
i
2
k
k 1,2, 加强（明）
( 2k 1 ) 2 k 0,1,2, 减弱（暗）
额外程差的确定 不论入射光的的入射角如何
M1
x
S1S2 平行于 WW '
d
S1
S2
C M2
o
W'
d <<D
D
屏幕上O点在两个虚光源连线的垂直平分线上，屏幕 上明暗条纹中心对O点的偏离 x为:
x =kλ D d
x = 2k +1 λ D 2d
明条纹中心的位置 暗条纹中心的位置
k =0,±1,±2L
2 洛埃镜
E
S1
d
S2
光栏
E
p
p'
Q'
M
L
橙 630nm~590nm 黄 590nm~570nm 绿 570nm~500nm
折射率
n=c = u
εrμr
青 500nm~460nm 蓝 460nm~430nm 紫 430nm~400nm
u = c ,λ = λ0 nn
§1-2 光源 光的相干性
一、光源
1.光源的发光机理 光源的最基本发光单元是分子、原子
§1-3 光程与光程差
干涉现象决定于两束相干光的位相差 两束相干光通过不同的介质时, 位相差不能单纯由几何路程差决定。
应用光学各章知识点归纳
第一章 几何光学基本定律与成像概念波面：某一时刻其振动位相相同的点所构成的等相位面称为波阵面，简称波面。
光的传播即为光波波阵面的传播，与波面对应的法线束就是光束。
波前：某一瞬间波动所到达的位置。
光线的四个传播定律：1）直线传播定律：在各向同性的均匀透明介质中，光沿直线传播，相关自然现象有：日月食，小孔成像等。
2）独立传播定律：从不同的光源发出的互相独立的光线以不同方向相交于空间介质中的某点时彼此不影响，各光线独立传播。
3）反射定律：入射光线、法线和反射光线在同一平面内，入射光线和反射光线在法线的两侧，反射角等于入射角。
4）折射定律：入射光线、法线和折射光线在同一平面内；入射光线和折射光线在法线的两侧，入射角和折射角正弦之比等于折射光线所在的介质与入射光线所在的介质的折射率之比，即nn I I ''sin sin = 光路可逆：光沿着原来的反射（折射）光线的方向射到媒质表面，必定会逆着原来的入射方向反射（折射）出媒质的性质。
光程：光在介质中传播的几何路程S 和介质折射率n 的乘积。
各向同性介质：光学介质的光学性质不随方向而改变。
各向异性介质：单晶体（双折射现象）马吕斯定律：光束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。
费马原理：光总是沿光程为极小，极大，或常量的路径传播。
全反射临界角：12arcsinn n C = 全反射条件：1）光线从光密介质向光疏介质入射。
2）入射角大于临界角。
共轴光学系统：光学系统中各个光学元件表面曲率中心在一条直线上。
物点/像点：物/像光束的交点。
实物/实像点：实际光线的汇聚点。
虚物/虚像点：由光线延长线构成的成像点。
共轭：物经过光学系统后与像的对应关系。
（A ，A’的对称性）完善成像：任何一个物点发出的全部光线，通过光学系统后，仍然聚交于同一点。
每一个物点都对应唯一的像点。
理想成像条件：物点和像点之间所有光线为等光程。
《几何光学》PPT课件
0
sin 1
r
sin 1
sin(
cos1
z)
r0
sin( Az )
29
表明光线在光纤中是弯曲的，正弦振荡 其Z向空间周期为：
L cos1 2
若考虑近轴光线（与光纤轴夹角很小）cos1 1, 在轴上一点所发出的近轴光线都聚焦在z 2 点。
有自聚焦效应，可用来成像等
30
其数值孔径也定义为光纤端面处介质折射率与最大 接光角正弦的乘积。
Outline of Geometric optics
几何光学的三个基本定律 费马原理 近轴成像理论
1
几何光学
以光线概念为基础研究光的传播和成像规律，光线 传播的路径和方向代表光能传播的路径和方向。
作为实验规律，三定律是近似的，几何光学研究 的是光在障碍物尺度比光波大得多情况下的传播 规律。这种情况下，相对而言可认为波长趋近于 零，几何光学是波动光学在一定条件下的近似。
n(0) cos1 n(r) cos n(rmax )
1
n2 (r)
cos2 n2 (0) cos2 1
28
路径光线在某点的斜率
dr dz
tg
1
(cos2
1
1) 2
dz
n(0) cos1
dr
[n2 (r) n2 (0) cos2 1]1 2
z r dr cos1 arcsin( r )
光在介质中走过的光程，等于以相同的时间在真空中走过的
距离。光在不同介质中传播所需时间等于各自光程除以光速
C
s s L t l
V cn c
c
32
n1 S1 n2
S2
Av
v2
几何光学PDF版
同理可以证明反射定律
•
3. 物像之间的等光程性
物点 Q 与像点 Q‘ 之间的光程总是恒定的，即不管光 线经何路径，凡是由Q通过同样的光学系统到达 Q’的光 线，都是等光程的。
Q
Q’
由费马原理知：物点Q和象点Q’之间所有光线的光程 都应取极值，而不可能有多个极大或极小，因而只有 都相等是可能的。
五、成像的基本概念 1、光束：
四、费马原理
1、光程
B
B
s
A
A
ds
AB ns
均匀介质
AB nds
A
B
非均匀介质
2、费马原理
条件： 在固定的两点之间 结论： 光沿着光程为极值的 “实际路径”传播。 数学表达：
ds A n
B
说明： ●所谓“极值”不一定是极小值，也包括极大值和恒定值 ●极值指的是“实际路径” 的极值 × '× A B
P
P’
虚 像
单心光束通过光学系统后生成点像
实物成实像
实物成虚像
虚物成实像
虚物成虚像
说明： ●从干涉的角度—像是各光线等光程相干相长位置 ●从衍射角度—像是衍射花样中的中央极大值位置 ●物像具有相对性：
实 像
P
P‘
实 物
实像可以作为虚物，虚像可以作为实物。 ●像点作为物点与实际发光物点有差别 ●实像可呈现在观察屏上，但虚像不可以。 ●实像、虚像人眼均可以看到。(放大镜成的像为虚像）
L AB 为极小值
即
dL 0
L const
A
B
因此光在均匀介质中沿直线传播。
2.折射定律：（在均匀介质中）
Y
建立如图所示坐标系：
几何光学知识点
几何光学知识点光学对未来社会的发展有着十分重要的作用，几何光学是光学学科中以光线为基础，研究光的传播和成像规律的一个重要的实用性分支学科。
在几何光学中，把组成物体的物点看作是几何点，把它所发出的光束看作是无数几何光线的集合，光线的方向代表光能的传播方向。
今天为大家整理了一些关于几何光学的基础，值得收藏。
基本概念：1. 光源与发光点：从物理学的观点看，任何发光的物体都可以叫作光源。
在几何光学中，把凡是发出光线的物体，不论它本身发光体或是因为被照明而漫反射光的物体，都称为光源。
如果某光源可看成几何学上的点，它只占有空间位置而无体积和线度，则称之为发光点或点光源。
2.光线与光束：光线是表示光能传播方向的几何线。
有一定关系的一些光线的集合称为光束。
3.光波波面：光也是一种电磁波。
某一时刻其振动位相相同的点所构成的面称光波波面。
在各向同性介质中，光沿着波面法线方向传播，所以可以认为光波波面的法线就是几何光学中的光线。
与波面对应的法线束就是光束。
基本定律：几何光学以下面几个基本定律为基础：1.光的直线传播定律；2.光的独立传播定律；3.光的反射定律；4.光的折射定律；5.光的全反射现象:⑴ 光线从光密介质射向光疏介质；⑵ 入射角大于临界角。
⑶ 临界角Im:6.光传播的可逆定理：当光线沿着和原来相反方向传播时，其路径不变。
7.费马原理：在A、B两点间光线传播的实际路径，与任何其他可能路径相比，其光程为极值。
实际光路所对应的光程，或者是所有光程可能值中的极小值，或者是所有光程可能值中的极大值，或者是某一稳定值。
8.马吕斯定律：垂直于波面的光线束经过任意多次折射和反射后，出射波面仍和出射光束垂直；且入射波面和出射波面上对应点之间的光程为定值。
第五章(几何光学)X
三、颜色匹配实验的结论
1、红、绿、兰三种颜色以不同的比例混合，可以匹配任何颜色
2、红、绿、兰不是唯一能够匹配所有颜色的三种颜色
第七节 色度学中的几个概念
一、颜色刺激 颜色刺激函数
二、三原色
三补色
红、绿、兰
品红、黄、青
三、三刺激值
匹配某种颜色所需的三原色的量叫做该颜色三刺激值
光的三原色：红 绿
第五章 光度学和色度学基础
第一节 辐射量和光学量 及其单位
第二节 光传播过程中光学 量的变化规律 第六节 颜色匹配 第七节 色度学中的 几个概念 第八节 颜色相加原理 及光源色和物 体色的三刺激值 第九节 CIE标准色度学 系统 第十节 均匀颜色空间 及色差公式
第三节 成像系统像面 的光照度
第四节 颜色的分类及颜色 的表观特征 第五节 颜色混合及格拉 斯曼颜色混合定律
d1 P d 2 ... 0P 1 2
3、反射面的光能损失
★反射光的光通量 ★反射损失的光通量
★反射面的反射比 镀银反射面： 镀银反射面： 镀银反射面：
1 0
1 1 0
0.95 0.85
1
四、光学系统的总透射比
★M种介质的中心厚度
3、界面无损失
0
L L 2 L0 2 n n
五、余弦辐射体
1、余弦辐射体的物理意义
I I N cos
2、余弦辐射体的亮度
L
I
dA cos IN L0 dA
I N cos dA cos
余弦辐射体发光强度的空间分布
3、漫反射体和漫透射的亮度 ★任意孔径角的光通量 ＝L dA ★平面孔径角 2
光学
(k 1,2, ) 暗纹
2
(k 1,2, ) 明纹 中央明纹
条纹特点： (1)为以中央明纹为中心，对称分布的明暗相间的平行 直条纹，中央明纹宽度为其它明纹宽度的两倍。 (2)中央明纹集中了透过狭缝的绝大部分能量，各级明 纹亮度随级数增大而减小。
讨论：(1)光强分布 问题： 当 θ 角增加时光强的 极大值为什么迅速衰减 ？
波 动 光 学
1
一、光振动
光的相干性
相干光源
薄膜干涉
光源----能发射光波的物体。 光源的发光机制是原子的能级跃迁。 E2 E1 能级跃迁辐射 波列
= (E2-E1)/h
波列长L = c
10 8 秒
可见光频率范围：7.5×1014 - 3.9×1014 Hz 真空中对应的波长范围：3900 – 7600 Å 相应光色：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红
7
3
空气 肥皂膜 空气
1
2
n 1=1
e
n=1.33 n 1=1
紫色
5 4
可见光范围如下： （真空，单位为nm ）
492 450 435 390
760
622
597
577
红
橙
黄
绿
青
蓝
紫
2 单缝衍射
一、光的衍射现象及其分类 1.光的衍射现象 屏幕
屏幕
阴 影
缝较大时，光是直线传播的
缝很小时，衍射现象明显
5 2a 3 2a
I
0
3 2a
5 2a
sin
当θ 角增加时，半波带数目增加，每个半波带 的面积减小，所占的能量减少，即光强变小。
(2)中央明纹宽度