光学性能(第一节)

第四章材料光学性能

当光通过固体材料时，会发生透射、折射、反射、吸收、散射等现象，不同的材料具有不同的光学性能

同时，在电、声、磁、热、压力等外场作用下，材料的光学性能会发生变化，或者在光的作用下其结构和性能会发生变化，如发光材料、激光材料、光导材料、磁光材料、非线性光学材料等

人们对光学性能以及在材料中发生的光学现象的研究和应用，已经有很长的历史了。人类很早就认识到用光可以传递信息，2000多年前我国就有了用光传递远距离信息烽火台

的设施—

等传递信息的方法

后来出现了用灯光闪烁、旗语

以发明电话而著称的发明家贝尔（A. G. Bell，1847～1922）也在光通信方面作过贡献，1880年，他利用太阳光作光源，用硒晶体作为光接收器件，成功地进行了光电

米。

话的实验，通话距离最远达到了213

用大气作为传输介质，损耗很大，而且无法避免自然气象条件的影响和各种外界的干扰，最多只能传几百米远。人们不得不寻求可以在封闭状态下传送光信号的办法

低损耗石英光纤的出现，实现了大容量、高速、长距离、低成本的光信息传输

现在不少发达国家又把光缆铺设到住宅前，实现了光纤到办公室、光纤到家庭

城市的绚丽灯光

地球夜景的卫星照片

激光光束

短波发光与激光材料在许多领域有着广泛而重要的应用价值，例如高密度的数据存储、海底通信、大屏幕显示（需要蓝绿光构造全色显示）、检测及激光医疗等蓝色LED 和LD 的出现大大促进了高密度光学存储以及高分辨显示器、图象扫描仪、彩色打印机、生物医学诊断仪、遥感探测仪等的发展。下图所示为蓝色发光二极管在紧凑、便携式发光显示器件中的应用

安装在美国时代广场的GaN 蓝光LED

显示屏

玻璃制品可以显示出各种各样的颜色

第一节基本概论第二节折射和色散第三节反射和散射第四节吸收与颜色

第五节

其它光学现象、光学材料及其应用

本章主要内容

讨论与电磁辐射及其与固态材料相互作用相关的一些基本概念与原理从光折射、反射、吸收、透射、辐射等性质来探讨金属和非金属材料的光学性能，并从导体、半导体和绝缘体的电子能带结构出发，揭示它们在光的作用下表现出不同光学特性的本质

对固体的发光、激光、非线性光学、光电转换等各种光学材料及其应用作一简要介绍

第一节基本概念

一、电磁辐射

光的本质是什么？

历史上有过很多争论。现在，我们知道光具有波粒二象性，牛顿（I. Newton，1642～1727）的微粒理论和惠更斯（C. Huygens，1629～1695）的波动理论二者同时有效，前者有光电效应为其证明，后者有光的干涉现象作为例证

垂直并都垂直于波的传播方向

入射到固体表面的光辐射能流率为?0，透射、吸收和反射光的辐射能流率分别为

?T 、?A 和?R ，则：

上式的另一种表达式为：

二、光和固体的相互作用

0T A R

????=++光辐射能流率（单位为W/m 2）：表示单位时间内通过单位面积的能量

R τχ++=τ为透射率（?T /?0）；χ为吸收率（?A /?0）；R 为反射率（?R /?0）

三、光和原子、电子的相互作用

固体材料中出现的光学现象是电磁辐射与固体材料中原子、离子或电子之间相互作用的结果。其中最重要的两种作用是

1. 电子极化

电子极化：在可见光频率范围，电场分量

子云都会发生相互作用，引起极化，即

原子核的电荷中心发生相对位移

电子极化的结果：光线通过介质

时，一部分光子能量被吸收，同时

光波速度减小。后者导致光的折射

电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态跃迁到另一种能态的过程

原子吸收了光子的能量之后，可能将E 2能级上的电子激发到能量较高的E 4空能级上去，电子发生的能量变化ΔE 与被吸收光子的频率有关：

2. 电子跃迁

4242

E E E h νΔ=?=式中ν42为光子振动频率。能量的吸收是量子化的，即只有能量为ΔE 的光子才能被该原子通过电子跃迁而吸收

受激电子不可能无限长时间地保持在激发状态，经过一个短时期后，它又会衰变回基态或低激发能级，同时发射出电磁波

金属对可见光是不透明的：在金属的电子能带结构中，费米能级以上存在许多准连续的空能级。因而各种不同频率的可见光，即具有各种不同能量（ΔE ）的光子都能被吸收

四、材料光学性能概述

大部分被金属材料吸收的光又会从表面上以同样波长的光被发射出来，表现为反射光。大多数金属的反射率为0.9～0.95。肉眼看到的金属颜色不是由吸收光的波长决定的，而是由反射光的波长决定的

非金属材料对于可见光可能是透明的，也可能不透明。因此，除反射和吸收以外，还应考虑折射和透射

量子点光学传感器的研究进展.

量子点光学传感器的研究进展 * 来守军 (重庆三峡学院化学与环境工程学院,重庆404000 摘要分别从荧光转换传感器、荧光共振能量传感器、磷光转换传感器和定位传感器等方面综述了量子点光学传感器的发生机理及其在测定金属离子、阴离子、小分子、共振能量转移体系以及磷光材料、固态材料方面的应用。最后介绍了量子点光学传感器存在的问题和发展趋势。关键词量子点光学传感器 Research Development of Opt ical Sensor Based on Q uant um Dots LAI Shoujun (Depa rtment of Chem istry and Env ir onmental Eng ineering,Cho ng qing T hr ee G or ge U niver sity,Cho ng qing 404000Abstract T he r esear ch dev elopment o f the o pt ical sensor based o n quantum do ts is rev iewed f rom four sect ions,which are fluo rescence -based transduction,fluorescence resonance energ y -tr ansfer -based senso rs,phospho rescence transduction,and immobilizatio n techniques,and it s applications are also rev iewed.T he exist ing pro blems and develo p -ments trend of the optical senso r based o n quantum do ts are intro duced. Key words quantum do ts,optical,senso r *重庆市教育委员会科学技术研究项目资助(KJ081102 来守军:男,1977年生,讲师,博士研究生,主要从事量子点传感器方面的研究 T el:023-******** E -mail:laishj04@https://www.360docs.net/doc/5f13011638.html,

LENS知识总结

LENS知识 Lens作为手机的一个非常重要的部件，承载非常重要的任务：保护LCD ，透光良好，外观装饰作用等。 (一)Lens通用材料： 1) PMMA：目前手机上的LENS都是用PMMA材料透光性好≥91%，表面硬度高，通过表面硬化处理（hard coating）后可达到3H 以上 ●注塑用的主要有：IH830（LG），VRL-40（三菱），ＭＩ－７（法国A TO）其中透光率IH830（93%）＝ＭＩ－７(93%)＞VRL-40(92%) 表面硬度三种基本差不多。抗冲击性能：VRL-40＝ＭＩ－７＞IH830 价格：ＭＩ－７＞VRL-40＞IH830 综合考虑：通常采用较多的是VRL-40。 ●板材有：NR200（三菱） 2)PC：因其表面硬度不能达到要求，且透光性差于PMMA 在手机上很少被采用。 Lens常用的工艺有：硬化：通常板材成形后的表面硬度较低，因此需要对镜片的表面进行硬化。可以单面硬化也可以双面硬化。硬化原理是通过在树脂表面增加一层较硬的涂层来提高树脂表面的硬度。镜片的硬化方式主要有：将镜片浸渍（Dipping）在硬化液中和在镜片表面进行喷涂（Spray coating）。Spray coating方式适合用在大型平板,但缺点是平整度不易控制。Dipping方式,可以控制到相当高的平整度,适合用于较小的镜片。通过硬化，镜片的表面硬度可以提高2级以上。由于硬化液的折/反射率和PMMA、PC不同，因此在强化后镜片表面容易出现彩虹的现象。PC上出现彩虹的现象更为显着，而且很难避免。镜片上孔及凹凸的区域，容易在硬化时造成硬化液堆积，因此在设计结构时需要注意。强化工序需要LENS上有一特殊的手柄,在制做塑胶模具时要注意。强化不同的塑料,使用不同的药水。强化后的LENS,表面印刷也要使用特殊工艺才能保证附着力。镀膜：出于镜片装饰需要，镜片上会有一些镀膜。常见的镀膜方式有溅射镀膜和蒸发镀膜。蒸发镀膜的生产周期更短。但是，和蒸发镀膜相比，溅射镀膜的镀膜层与基材的结合力强，镀膜层致密、均匀。常见的溅镀效果有银色、亮银、金色、枪色等金属色。另外，还可以溅镀成半透效果，在手机屏幕背光打开的情况下，为透明镜片。当背光关闭后，手机屏幕变成镜子。光学镀膜：光学镀膜在工件上交替镀上SiO2和TiO2，通过对镀膜厚度和镀膜层数的控制，使镀膜层反射不同波长光波。这样使镀膜既有金属质感，也具有普通金属镀膜所不具备的多变颜色。光学镀膜不但可以使镀层呈现彩色效果，而且还可以在镜片上镀增透膜。通过增透膜，可以使镜片的光线透过率达到95%以上。油墨：使用PMMA板材专用油墨丝印，可以做到拉丝、荧光(在暗处能发荧光)、半透明、珠光等效果镭射纸：通过镭射纸可以使镜片上的字符、LOGO的产生全息效果。通过烫金也

量子点的制备及特性分析

班级：物理1201班姓名：吴为伟学号：20121800121 时间：2014年7月1日 ——量子点的制备及特性分析大学物理实验报告

课题意义：量子点是一种准零维半导体纳米晶体，其三个维度的尺寸都在几到几十纳米，外观恰似一极小的点状物，其内部电子在各方向的运动都受到限制，可以产生类似于原子的分立能级。量子点具有量子尺寸效应、量子限域效应以及表面效应等特殊效应。量子尺寸效应是指半导体量子点的带隙相对于体材料发生蓝移，并且随着量子点尺寸的减小，蓝移量增大，在光学性质方面引起吸收和发射光谱的蓝移现象：而且，相对于体材料，量子点还具有吸收和发光效率高的优点。量子点的这些有益光学特性使其在生物荧光标记、太阳能电池、发光二极管、激光器、探测器、量子计算机等新型光电子器件方面都具有非常重要的应用前景，成为各国科研人员研究的热点，并在多个学科中引起很大的反响。实验目的：本课题实验要求通过有机液相法制备CdS量子点、以及对其吸收和荧光光谱的测量，了解量子点的生长过程、吸收和荧光光谱基本原理和特点，以及量子尺寸效应的基础知识。实验器材：实验仪器：量子点制备设备一套、分析天平、离心机、吸收谱仪和荧光谱仪等。化学试剂：硫粉（S）、氧化镉(CdO)、油酸(OA)、十八碳烯（ODE）、甲醇、正己烷、高纯氩气（Ar）等。实验原理：有机液相法即以有机溶液为介质，以具有某些特殊性质的无机物和有机物作为反应原料，在适当的化学反应条件下合成纳米晶材料的方法。通常这些反应物、中间产物、生成物都是对水、空气敏感，在水溶液中不能稳定存在。最常用的方式是在无水无氧条件下的有机溶剂中进行的化学反应。通过改变反应温度、时间、反应物浓度、配体种类、含量等参数，可以制备出具有不同尺寸的纳米晶体。该方法制备的纳米晶体在尺寸和形貌上通常具有很好的单分散性，纳米晶质量高；而且，由于反应是在有机介质中进行，生成的纳米晶在有机溶剂中具有良好的分散性，非常有利于实际应用。液相法生长纳米晶一般包括三个阶段：成核过程、生长过程和熟化过程。当溶质的量高于溶解度时，溶液过饱和，晶体就会从液体中析出，形成晶核，这就是成核过程。晶核的数量和成核速度是由溶液的过饱和度决定的。溶质从饱和溶液中运输到晶体表面，并按照晶体的结构重排，这就是生长过程。该过程主要是

纳米材料的光学特性

纳米材料的光学特性美国著名物理学家，1965年诺贝尔物理奖获得者R.P Feynman在1959年曾经说过：“如果有一天能按人的意志安排一个个原子分子将会产生什么样的奇迹”，纳米科学技术的诞生将使这个美好的设想成为现实。纳米材料是纳米科学技术的一个重要的发展方向。纳米材料是指由极细晶粒组成，特征维度尺寸在纳米量级（1~100nm）的固态材料。由于极细的晶粒，大量处于晶界和晶粒内缺陷的中心原子以及其本身具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等，纳米材料与同组成的微米晶体（体相）材料相比，在催化、光学、磁性、力学等方面具有许多奇异的性能，因而成为材料科学和凝聚态物理领域中的研究热点。 1 纳米材料的分类和结构根据不同的结构，纳米材料可分为四类，即：纳米结构晶体或三维纳米结构；二维纳米结构或纤维状纳米结构；一维纳米结构或层状纳米结构和零维原子簇或簇组装。纳米材料的分类如图表1所示。纳米材料包括晶体、赝晶体、无定性金属、陶瓷和化合物。 2 纳米材料的光学性质纳米材料在结构上与常规晶态和非晶态材料有很大差别，突出地表现在小尺寸颗粒和庞大的体积百分数的界面，界面原子排列和键的组态的较大无规则性。这就使纳米材料的光学性质出现了一些不同于常规材料的新现象。

纳米材料的光学性质研究之一为其线性光学性质。纳米材料的红外吸收研究是近年来比较活跃的领域，主要集中在纳米氧化物、氮化物和纳米半导体材料上，如纳米Al2O3、Fe2O3、SnO2中均观察到了异常红外振动吸收，纳米晶粒构成的Si膜的红外吸收中观察到了红外吸收带随沉积温度增加出现频移的现象，非晶纳米氮化硅中观察到了频移和吸收带的宽化且红外吸收强度强烈地依赖于退火温度等现象。对于以上现象的解释基于纳米材料的小尺寸效应、量子尺寸效应、晶场效应、尺寸分布效应和界面效应。目前，纳米材料拉曼光谱的研究也日益引起研究者的关注。半导体硅是一种间接带隙半导体材料，在通常情况下，发光效率很弱，但当硅晶粒尺寸减小到5nm或更小时，其能带结构发生了变化，带边向高能态迁移，观察到了很强的可见光发射。研究纳米晶Ge的光致发光时，发现当Ge晶体的尺寸减小到4nm以下时，即可产生很强的可见光发射，并认为纳料晶的结构与金刚石结构的Ge 不同，这些Ge纳米晶可能具有直接光跃迁的性质。Y.Masumato发现掺CuCl纳米晶体的NaCl在高密度激光下能产生双激子发光,并导致激光的产生,其光学增益比CuCl 大晶体高得多。不断的研究发现另外一些材料，例如Cds、CuCl、ZnO、SnO2、Bi2O3、Al2O3、TiO2、SnO2、Fe2O3、CaS、CaSO4等，当它们的晶粒尺寸减小到纳米量级时，也同样观察到常规材料中根本没有的发光观象。纳米材料的特有发光现象的研究目前正处在开始阶段，综观研究情况，对纳米材料发光现象的解释主要基于电子跃迁的选择定则，量子限域效应，缺陷能级和杂质能级等方面。纳米材料光学性质研究的另一个方面为非线性光学效应。纳米材料由于自身的特性，光激发引发的吸收变化一般可分为两大部分：由光激发引起的自由电子-空穴对所产生的快速非线性部分；受陷阱作用的载流子的慢非线性过程。其中研究最深入的为CdS纳米微粒。由于能带结构的变化，纳米晶体中载流子的迁移、跃迁和复合过程均呈现与常规材料不同的规律，因而其具有不同的非线性光学效应。纳米材料非线性光学效应可分为共振光学非线性效应和非共振非线性光学效应。非共振非线性光学效应是指用高于纳米材料的光吸收边的光照射样品后导致的非线性效应。共振光学非线性效应是指用波长低于共振吸收区的光照射样品而导致的光学非线性效应，其来源于电子在不同电子能级的分布而引起电子结构的非线性，电子结构的非线性使纳米材料的非线性响应显著增大。目前，主要采用Z-扫找（Z-SCAN）和DFWM技术来测量纳米材料的光学非线性。

lens 介绍

LENS 介绍李伟 2015-2-5

一.光的直线传播(几何光学) 光在同种均匀的介质中是沿直线传播的。 1.影子的形成。光从光源传播出来，照射在不透光的物体上，不透光的物体把沿直线传播的光挡住了，在不透光的物体后面受不到光照射的地方就形成了影子。 2.小孔成像用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。 3.激光准直激光束作为基准线，在被测点上设置激光束的接收装置，求得准直点偏离值的一种测量方法。

二.光的反射定律（1）反射光线、入射光线、法线都在同一平面内。（同一平面内）（2）反射光线、入射光线分居法线两侧。（居两侧）（3）反射角等于入射角。（角相等）（∠r=∠i）总结：当光射到物体表面时，被物体表面反射回去，这种现象叫做光的反射

三.光的折射由于光在在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。在折射现象中，光路可逆。折射率是表明透明介质光学性质的重要参数。各种波长的光在真空中的传播速度均为c，而在不同介质中的传播速度v各不相同，都比真空中的速度慢。折射率n=c/v.我们把分界面两边折射率较高的介质称为光密介质，而把反射率较低的介质称为光疏介质。 Nsini=N’ sinr

四.光的干涉：两列或两列以上的光波在空间中重叠时发生叠加从而形成新波形的现象。当两列光波的频率相同，相位差恒定，振动方向一致的相干光源，会产生光的干涉。

五.光的衍射光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的途径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射。光的衍射和光的干涉一样证明了光具有波动性。

光学材料特性

光学材料特性表：

常用光学塑料-聚甲基丙烯甲酯PMMA 密度(kg/m3)：(1.17～1.20)×10E3 nD ν：1.49 57.2～57.8 透过率(%)：90～92 吸水率(%)：0.3～0.4 玻璃化温度：10E5 熔点（或粘流温度）：160～200 马丁耐热：68 热变形温度：74～109(4.6 ×10Pa) 68～99(18.5×10Pa) 线膨胀系数：(5～9)×10E-5 计算收缩率(%)：1.5～1.8 比热J/kgK：1465 导热系数W/m K：0.167～0.251 燃烧性m/min：慢耐酸性及对盐溶液的稳定性：出强氧化酸外，对弱碱较稳定耐碱性：对强碱有侵蚀对弱碱较稳定耐油性：对动植物油，矿物油稳定耐有机溶剂性：对芳香族，氯化烃等能溶解，醇类脂肪族无影响日光及耐气候性：紫外透过滤73.5% 常用光学塑料-苯乙烯甲基丙烯酸甲酯共聚物密度(kg/m3)：(1.12～1.16)×10E3 nD ν：1.533 42.4 透过率(%)：90 吸水率(%)：0.2 玻璃化温度：熔点（或粘流温度）：马丁耐热：<60 热变形温度：85～99 (18.5×105Pa) 线膨胀系数：(6～8)×10E-5 计算收缩率(%)：比热J/kgK：导热系数W/m K：0.125～0.167 燃烧性m/min：慢

耐酸性及对盐溶液的稳定性：除强氧化酸外，对酸盐水均稳定耐碱性：对强碱有侵蚀，对弱碱较稳定耐油性：对动植物油，矿物油稳定耐有机溶剂性：对芳香族，氯化烃等能溶解，醇类脂肪族无影响日光及耐气候性：紫外透过滤73.5% 常用光学塑料-聚碳酸酯PC 密度(kg/m3)：1.2 ×10E3 nD ν：1.586(25) 29.9 透过率(%)：80～90 吸水率(%)：23CRH50% 0.15 水中0.35 玻璃化温度：149 熔点（或粘流温度）：225～250(267) 马丁耐热：116～129 热变形温度：132～141(4.6×105Pa) 132138(18.5×105Pa) 线膨胀系数：6×10-5 计算收缩率(%)：0.5～0.7 比热J/kgK：1256 导热系数W/m K：0.193 燃烧性m/min：自熄耐酸性及对盐溶液的稳定性：强氧化剂有破坏作用，在高于60水中水解，对稀酸，盐，水稳定耐碱性：强碱溶液，氨和胺类能腐蚀和分解，弱碱影响较轻耐油性：对动物油和多数烃油及其酯类稳定耐有机溶剂性：溶于氯化烃和部分酮，酯及芳香烃中，不溶于脂肪族，碳氢化合物，醚和醇类日光及耐气候性：日光照射微脆化常用光学塑料-烯丙基二甘碳酸酯CR39 密度(kg/m3)：25 1.32×10E3 nD ν：1.498 53.6～57.8 透过率(%)：92 吸水率(%)：0.2 24h 25 玻璃化温度：

光学高分子材料简述及性能表征

光学高分子材料简述及性能表征摘要：高分子材料在光学领域得到了广泛的应用，作为大型光学元器件的背投屏幕更是利用先进的高分子材料技术获得了各种优异的性能。简单介绍了背投屏幕的分类、材料和制造工艺，以及光学高分子材料的历史、分类和新的发展，以及主要性能表征。前言：背投屏幕是背投显示的终端，在很大程度上影响整个光学显示系统的性能。背投屏幕分为背投软质屏幕、背投散射屏幕和背投光学屏幕。背投软质屏幕具备廉价、运输安装方便等优点，但是亮度均匀性比较差、严重的“亮斑效应”、光能利用率低、可视角度小等。分辨率低和对比度低。散射屏幕视角大、增益低、“亮斑效应” 明显。采用不同的工艺制造。有些采用在压克力板材表面进行雾化处理，增加散射。有些应用消眩光玻璃模具复制表面结构，基材内添加光扩散剂及调色剂制造。有些为降低成本直接在透明塑料板材表面粘贴背投软质屏幕制造。现在应用最广泛的就是微结构光学型背投影屏幕。光学型背投影屏幕指的是利用微细光学结构来完成光能分布、实现屏幕功能的这一类屏幕。主要有FL

型（Fresnel lens-lenticular lenses）、FD型(Frensnel lens-Diffusion cover)、FLD型（Fresnel lens-Lenticular lenses-Diffusion cover）、BS型(Fresnel lens-Lenticular lenses-Black strips)。微光学结构复制主要采用模压或铸造等复制技术。铸塑又称浇铸，它是参照金属浇铸方法发展而来的。该成型方法是将已准备好的浇铸原料（通常是单体，或经初步聚合或缩聚的浆状聚合物与单体的溶液等）注入一定的模具中，使其发生聚合反应而固化，从而得到与模具型腔相似的制件。这种方法也称为静态铸塑法。静态铸塑技术可用来将电铸镍模具板上的微光学图形转移到塑料表面。铸塑法得到的制件无针眼，无内力应变，无分子取向。重要的是，对于非晶态塑料来说，静态铸塑得到的制件相对于其它工艺一般具有更高的透光率，表现出优越的光学性质。背投光学屏幕属于大尺寸微光学元件，由于体积较大用模压工艺生产存在加工设备复杂、成本高、合格率低的缺点，主要用浇铸工艺来生产。正文：高分子材料应用于光学领域最早由Arthur Kingston开始，他于1934年取得了注

LENS 镜片知识介绍

Aspherical plastic lens︰塑膠非球面鏡片用塑膠成型的的方式射出此塑膠鏡片，可分為ㄧ模四穴，或ㄧ模六穴, ㄧ模八穴。雖然一次射出較多穴數，每枚的單位成本就較低，但也因此越多模數，每片鏡片的精度就越難控制。也因此考驗每家鏡頭廠的功力

Aberration︰像差攝影鏡頭無法完全將一個點或是一混合波長光成像還原為一個點，稱為像差。連續光譜的像差為「色像差」；單一波長的像差則有︰球面像差、彗星像差、像散現象、像面彎曲、歪曲像差。舉例來說，原來一個黑點拍成相片後變成一個類似彗星拖著尾巴的成像，稱之為彗星像差。

Aberration︰像差攝影鏡頭無法完全將一個點或是一混合波長光成像還原為一個點，稱為像差。連續光譜的像差為「色像差」；單一波長的像差則有︰球面像差、彗星像差、像散現象、像面彎曲、歪曲像差。舉例來說，原來一個黑點拍成相片後變成一個類似彗星拖著尾巴的成像，稱之為彗星像差。 Angle of view︰視角鏡頭涵蓋角度，通常以焦距代表。焦距越短，視角越廣。 Aperture︰光圈單眼相機的交換鏡頭內，多枚葉片以虹彩形狀繞成之調整光線進入的孔。鏡頭上應有標示該鏡頭的最大光圈（級數稱為f值），如55mm 1:2.8，前者表示焦距55mm，後者表示最大光圈為f/2.8。光圈數字越小，表

示光圈越大，如f/2比f/2.8光圈大一級（1.4倍為一級）。f值等於焦距除以光圈入口瞳孔之直徑，最大光圈越大的鏡頭，鏡片直徑通常較大，價格也較昂貴。光圈大小的變化，不僅可以改變透光量，還可以控制景深。特別是景深的要求在人像拍攝中特別被強調。由於光圈孔徑的最大直徑主要受到鏡頭的鏡片大小影響，也因此如要造大光圈，在標準規格下鏡片就必須加大，鏡片加大，連帶著成本和製造費用就愈昂貴。在傳統相機的世界中，光圈大上一級得，往往價格也會成等比級數升高。所以沒有一支鏡頭，在製造時能擁有所有的光圈。一般用途的35mm相機鏡頭，光圈大多從f/1.4到f/22，大型相機(4X5)的專用鏡頭，才有光圈小到f/64，但卻也限制其光圈最大值只能到f/5.6 APO鏡頭 Sigma APO鏡頭選用超低色散鏡片，以矯正色散現象（不同波長之光線經折射後不能在一個平面上聚焦），提高畫質。 Aspherical lens︰非球面鏡非球面鏡用以消除彗星像差與耀光，盡量矯正像面彎曲、歪曲像差，由於一枚非球面鏡的矯正能力等於多枚球面鏡片，因此鏡頭中使用非球面鏡片可以達到輕量化。一般又分為塑膠與玻璃非球面。

量子点

量子点的基本知识量子点(QuantumDots,QDs)通常指半径小于或接近激子玻尔半径的半导体纳米晶。在量子点中,载流子在三个维度上都受到势垒的约束而不能自由运动。根据量子力学分析,量子点中的载流子在三个维度方向上的能量都是量子化的,其态密度分布为一系列的分立函数,类似于原子光谱性质,因而人们往往也把量子点称之为“人工原子”。需要指出的是,并非小到100nm以下的材料就是量子点,真正的关键尺寸取决于电子在材料内的费米波长。只有当三个维度的尺寸都小于一个费米波长时,才称之为量子点。量子点独特的性质基于它自身的量子效应,当颗粒尺寸进入纳米量级时,尺寸限域将引起库仑阻塞效应、尺寸效应、量子限域效应、宏观量子隧道效应和表面效应,从而派生出纳米体系具有常观体系和微观体系不同的低维物性,展现出许多不同于宏观体材料的物理化学性质,在非线形光学、生物标记、催化、医药及功能材料等方面具有极为广阔的应用前景,同时将对生命科学和信息技术的持续发展以及物质领域的基础研究发生深刻的影响。 (1)库仑阻塞效应由于电子(或空穴)被束缚在一个相对小的区域内,使电子(或空穴)之间的库仑作用极其显著,填充一个电子(或空穴)就要克服量子点中已有电子(或空穴)的排斥左右,因而库仑电荷效应是其另一个基本物理性质。如果一个电子进入量子点,引起整个系统增加的静电能远大于电子热运动能量k B T,则这个静电能将阻止随后的第二个电子进入同一个量子点,这种现象叫做库仑阻塞效应。 (2)量子尺寸效应通过控制量子点的形状、结构和尺寸,就可以方便地调节其能隙宽度、激子束缚能的大小以及激子的能量蓝移等电子状态。随着量子点尺寸的逐渐减小,量子点的光吸收谱出现蓝移现象。尺寸越小,则谱蓝移现象也越显著,这就是人所共知的量子尺寸效应。 (3)量子限域效应由于量子点的表面积与粒子的大小有着较高的比例,存在量子限域效应。所谓量子限域效应,指的是量子点的能态密度随着其尺寸大小而变,换句话说尺寸的大小决定了材料的光、电、磁特性。同时,量子点与电子的德布罗意波长、相干波长及激子波尔半径可比拟,电子被局限在纳米空间,电子输运受到限制,电子平均自由程很短,电子的局域性和相干性增强,将引起量子限域效应。子点,激子,吸收。当粒径与Walmier激子的Bohr半径相当或更小时,处于强限域区,易形成产生激子吸收带。随着粒径的减小,激子带的吸收系数增加,出现激子强吸收由于量子限域效应,激子的最低能量向高能方向移动即蓝移。 (4)量子隧道效应传统的功能材料和元件,其物理尺寸远大于电子自由程,所观测的是群电子输运行为,具有统计平均结果,所描述的性质主要是宏观物理量。当微电子器件进一步细微化时,必须要考虑量子隧道效应。100 nm被认为是微电子技术发展的极限,原因是电子在纳米尺度空间中将有明显的波动性,其量子效应将起主要功能。电子在纳米尺度空间中运动,物理线度与电子自由程相当,载流子的输运过程将有明显电子的波动性,出现量子隧道效应,电子的能级是分立的。利用电子的量子效应制造的量子器件,要实现量子效应,要求在几个陌到儿十个腼的微小区域形成纳米导电域。电子被“锁”在纳米导电区域,电子在纳米空间中显现出的波动性产生了量子限域效应。纳米导电区域之间形成薄薄的量子垫垒,当电压很低时,电子被限制在纳米尺度范围运动,升高电压可以使电子越过纳米势垒形成费米电子海,使体系变为导电。电子从一个量子阱穿越量子垫垒进人另一个量子阱就出现了量子隧道效应,这种绝缘到导电的临界效应是纳米有序阵列体系的特点。 (5)表面效应表面效应是指随着量子点的粒径减小,大部分原子位于量子点的表面,量子点的比表面积

玻璃的光学性能

合肥学院 Hefei University 翻译文献：玻璃的光学性能课程名称：金属学与热处理指导教师：谢劲松系别/班级：14粉体材料科学与工程一班姓名（学号）：罗成1403011012

摘要：无机材料指由无机物单独或混合其他物质制成的材料。通常指由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和/或氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。 Abstract: inorganic materials by inorganic material alone or mixed with other materials. Usually made of silicate, aluminate, borate, phosphate and germanate and / or raw materials such as oxides, nitrides, carbides, borides, silicides, sulfides, halides as raw materials prepared by materials. 玻璃是由二氧化硅和其他化学物质熔融在一起形成的（主要生产原料为：纯碱、石灰石、石英）。在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化致使其结晶的硅酸盐类非金属材料。普通玻璃的化学组成是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2或Na2O·CaO·6SiO2等，主要成分是硅酸盐复盐，是一种无规则结构的非晶态固体。广泛应用于建筑物，属于混合物。另有混入了某些金属的氧化物或者盐类而显现出颜色的有色玻璃，和通过物理或者化学的方法制得的钢化玻璃等。有时把一些透明的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯）也称作有机玻璃。 The glass is made of silicon dioxide and other chemical substances fused together to form (the main raw materials for the production of soda ash, limestone, quartz). The formation of a continuous network structure in the melt, silicate nonmetalmaterials cooling process viscosity increases gradually and hardening resulting in the crystallization. The chemical composition of glass is Na2SiO3, CaSiO3, or SiO2 Na2O - CaO - 6SiO2, is the main component of silicate, is an amorphous solid irregular structure. Widely used in buildings, to the mixture. Otherwise mixed with some metal oxides or salts and show the color of colored glass The glass and method by physical or chemical preparation of toughened glass. Some transparent plastic (such as PMMA) also called organic glass. 关键词：折射率、反射、对红外和紫外的吸收 Refractive index, reflection, infrared and ultraviolet absorption 一、玻璃的折射率当光照射到玻璃时，一般产生反射、透过和吸收。这三种基本性质与折射率有关。玻璃的折射率可以理解为电磁波在玻璃中传播速度的降低（以真空中的光速为准）。如果用折射率来表示光速的降低，则：n=c/v When the light shines on the glass, generally have the reflection and absorption. Through these three kinds of basic properties and refractive index. The refractive index of the glass can be understood as to reduce the velocity of

光学高分子材料简述及性能指标

光学高分子材料简述及性能指标光学高分子材料种类繁多，应用也不尽相同，但一般都包含三大类技术指标：光学性能、机械性能、热学性能。光学性能主要包括折射率和色散、透过率、黄色指数及光学稳定性。折射率和色散是光学材料的最基本性能。在透镜设计中，为使透镜超薄和低曲率必须寻求高折射率的光学材料，而校正色差要求有两组阿贝数不同的材料，即冕牌系列(低色散，阿贝数>50)和火石系列(高色散，阿贝数<40)。光学玻璃的折射率和色散有较大的选择余地，而光学塑料的选择范围却十分有限，尤其是冕牌系列光学塑料。透明塑料折射率的测定最常用的方法是折射仪法。阿贝折射仪是最广泛用于测定折射率的折射仪。透过率是表征树脂透明程度的一个重要性能指标，一种树脂的透过率越高，其透光性就越好。透过率的定义为：透过材料的光通量（T2）占入射到材料表面上的光通量(T1)的百分率。任何一种透明材料的透光率都达不到100%，即使是透明性最好的光学玻璃的透光率一般也难以超过95%。聚合物光学材料在紫外和可见光区的透光性和光学玻璃相近，在近红外以上区域不可避免的出现碳氢振动所引起的吸收。通常，光学塑料在可见光区透光率的损失主要由以下三个因素造成：光的反射；光的散射；光的吸收。黄色指数是无色透明材料质量和老化程度的一项性能指标，由分光光度计的读数计算而得，描述了试样从无色透明或白色到黄色的颜色变化。这一实验最常用于评价一种材料在真实或模拟的日照下的颜色变化。而对于透明塑料材料来说，由于原料纯度或加工条件等因素的影响，可能自身带有一定颜色。光学树脂如同多数有机物质一样存在着耐候和耐老化问题，因此树脂的结构和加工工艺以及使用环境对树脂的光学性能有较大的影响。在一定使用期限内，光学参数的稳定性尤为关键，这个指标直接决定产品的使用性能。采用人工加速老化中的全紫外线老化的方法检测树脂的光学稳定性。全紫外线老化法主要模拟阳光中的紫外线．全紫外线强度比相应太阳紫外强度高几倍。正是短波紫外线对有机材料老化起了主要作用，这样会大大地提高了老化加速率，也是全紫外老化的最突出优点。同时可以进行温度、湿度、雨淋等环境因素的模拟。这一老化方法其紫外强度等参数可以监控，试验重复性好。韧性(耐冲击性能)和表面硬度(耐磨性)是光学高分子材料的重要机械性能。冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标。冲击强度是使材料在冲击力的作用下折断，通常把折断时截面吸收的能量定义为材料的冲击韧性。冲击实验主要有弯曲梁式（摆锤式）冲击、落锤式冲击和高速拉伸试验三类。无定型聚合物的韧性主要与其分子结构有关。主链上酯键、醚键、碳-碳键可以自由旋转，因而材料具有较好的韧性，如PC是光学塑料中抗冲击性能最好的材料;带有较大

第六章材料光学性能分析

第六章材料光学性能分析一、教学目的理解并掌握各光学性能、光谱的概念，掌握各光谱仪的测试方法和光谱分析方法。了解光谱仪的结构和测试原理。二、重点、难点重点：固体发光原理、荧光光谱测试技术。难点：荧光光谱测试技术。三、教学手段多媒体教学四、学时分配 6学时第一节透射光谱和吸收光谱材料的光学性能主要包括对光的折射、反射、吸收、透射以及发光等诸多方面，光学性能与材料的某些应用领域密切相关，比如用作反射镜、光导纤维窗口、透镜、棱镜、滤光镜、激光探测器件等。鉴于篇幅，本章着重介绍折射率、色散、透过、吸收以及激发、发射、亮度、效率等发光性能的测试。一、基本概念光作为一种能量流，在穿过介质时，能引起介质的价电子跃迁或影响原子的振动而消耗能量。即使在对光不发生散射的透明介质如玻璃或水溶液中，光也会有能量的损失，即光的吸收。 1.吸收光谱设有一厚度为x 平板材料，入射光强度设为I 0，通过此材料后光强度为I ′。选取其中一薄层，并认为光通过此薄层的吸收损失-dI 正比于此处光强度 I 和薄层厚度dx ，即: 则可得到光强度随厚度呈指数衰减规律，即朗伯特定律： α为物质对光的吸收系数，单位为cm-1。 d I I d x α-=??' 0x I I e α-=?

α的大小取决于材料的性质和光的波长。对于相同波长的光波，α越大，光被吸收得越多，能透过的光强度就越小。 α随入射光波长(或频率)变化的曲线，叫作吸收光谱。 2.透射光谱透光性是表征材料被光穿透能力的高低，透光性的好坏可用透过率指标T 来衡量。透过率T 是指光通过材料后，透过光强度占入射光强度的百分比。剩余光强度应是从初始入射光强度I 0中扣除造成光能衰减的表面上的反射损失、试样中的散射损失和吸收损失等。一般地，反射、吸收和透过的关系可用下式表示： T ——透过率；R ——反射系数；α——吸收系数； d ——试样厚度，单位cm 。透过率T 随波长变化的曲线即称为透射光谱曲线。透射光谱曲线可用分光光度计来测定。光强的大小用光透过试样照到光电管上产生的电流的大小来表示。某个波长的光通过空气（作为空白样）后的光强设为I 0，再通过一定厚度的试样后的光强设为I ′，即可通过I ′/ I 0得到针对该波长的透过率Tλ，如此依次测得其他各波长的透过率就可得到透过率T 随波长变化的透射光谱。二、光谱测试 1.测试仪器：分光光度计图6-1 721型分光光度计的光学系统示意图 1—光源 2, 8—聚光透镜 3—反射镜 4—狭缝 5, 12—保护玻璃 6—准直镜 7—色散棱镜 9—比色皿 10—玻璃试样 11—光门 13—光电管 2.透射光谱测试 2 (1)exp() T R d α=--?

光学镜头的选择及主要参数

光学镜头的选择及主要参数发布者：pomeas 浏览次数：13 摄像头镜头是视频监视系统的最关键设备，它的质量（指标）优劣直接影响摄像头的整机指标，因此，摄像头镜头的选择是否恰当既关系到系统质量，又关系到工程造价。镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出，这与我们家用摄像头和照相机的原理是一致的。当人眼的肌肉无法将晶状体拉伸至正常位置时，也就是人们常说的近视眼，眼前的景物就变得模糊不清；摄像头与镜头的配合也有类似现象，当图像变得不清楚时，可以调整摄像头的后焦点，改变CCD芯片与镜头基准面的距离（相当于调整人眼晶状体的位置），可以将模糊的图像变得清晰。由此可见，镜头在闭路监控系统中的作用是非常重要的。工程设计人员和施工人员都要经常与镜头打交道：设计人员要根据物距、成像大小计算镜头焦距，施工人员经常进行现场调试，其中一部分就是把镜头调整到最佳状态。 1、镜头的分类 (1) 以镜头安装分类所有的摄像头镜头均是螺纹口的，CCD摄像头的镜头安装有两种工业标准，即C安装座和CS安装座。两者螺纹部分相同，但两者从镜头到感光表面的距离不同。 C安装座：从镜头安装基准面到焦点的距离是17.526mm。 CS安装座：特种C安装，此时应将摄像头前部的垫圈取下再安装镜头。其镜头安装基准面到焦点的

距离是12.5mm。如果要将一个C安装座镜头安装到一个CS安装座摄像头上时，则需要使用镜头转换器。 (2) 以摄像头镜头规格分类摄像头镜头规格应视摄像头的CCD尺寸而定，两者应相对应。即摄像头的CCD靶面大小为1/2英寸时，镜头应选1/2英寸。摄像头的CCD靶面大小为1/3英寸时，镜头应选1/3英寸。摄像头的CCD靶面大小为1/4英寸时，镜头应选1/4英寸。如果镜头尺寸与摄像头CCD靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。 (3) 以镜头光圈分类镜头有手动光圈（manual iris）和自动光圈（auto iris）之分，配合摄像头使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。自动光圈镜头有两类：一类是将一个视频信号及电源从摄像头输送到透镜来控制镜头上的光圈，称为视频输入型，另一类则利用摄像头上的直流电压来直接控制光圈，称为DC输入型。自动光圈镜头上的ALC （自动镜头控制）调整用于设定测光系统，可以整个画面的平均亮度，也可以画面中最亮部分（峰值）来设定基准信号强度，供给自动光圈调整使用。一般而言，ALC已在出厂时经过设定，可不作调整，但是对于拍摄景物中包含有一个亮度极高的目标时，明亮目标物之影像可能会造成"白电平削波"现象，而使得全部屏幕变成白色，此时可以调节ALC来变换画面。另外，自动光圈镜头装有光圈环，转动光圈环时，通过镜头的光通量会发生变化，光通量即光圈，一般用F表示，其取值为镜头焦距与镜头通光口径之比，即：F＝f（焦距）/D（镜头实际有效口径），F值越小，则光圈越大。采用自动光圈镜头，对于下列应用情况是理想的选择，它们是：在诸如太阳光直射等非常亮的情况下，用自动光圈镜头可有较宽的动态范围。要求在整个视野有良好的聚焦时，用自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。要求在亮光上因光信号导致的模糊最小时，应使用自动光圈镜头。 (4) 以镜头的视场大小分类

LENS基本知识

一）有效焦距EFL 有效焦距(Effect Focal Length)是从透镜的主点到焦点在光轴上的距离。根据EFL的大小可将Lens分为：标准镜头38㎜＜EFFL＜61㎜广角镜头（Wide）EFFL＜38㎜望远镜头（Tele）EFFL＞61㎜二）光圈数FNO. FNO.=EFL/入瞳直径＝1/相对孔径相对孔径=入瞳直径/EFL，系统的入光量与相对孔径的平方成正比FNO.可分为：Infinite:平行光系统使用的FNO. Working FNO.:Working Distance 时使用的FNO. 三）总长 Total Track 定义：系统的第一面至像面间的距离。它决定整个光学系统的外形的大小。四）后焦 BFL 后焦（Back Focal Length）是指在最佳成像距离lens最后一个面至像面在光轴上的距离。 BFL可分为：光学后焦：指Lens最后一个光学面顶点至像面的距离机械后焦：指Lens Barrel最后一个机械面至像面的距离五）视场定义为一个光路系统中，可以成像的范围。视场的表示：物高：所能成像的物的大小（在有限远时）半场角：光学系统习惯是一个对称系统，所以通常都只取一半视场角做为定义（在无限远时）。六）放大率 Magnification：垂轴放大率：又称之为放大率，是指当对象通过一个Lens组件成像后，在像面(Image)上所成像的高度与物高的比率。其余两种为：横向放大率及角放大率。公式 : M=Image size/Object size 简易法:M=像距/物距，只能用于物像空间介质相同时。

一）主面主点主面的定义：所谓的主面就是在Lens系统中放大率为+1的两个共轭面主面的位置：Lens系统均有两个主面，分为前主面和后主面或者称之为物方主面和像方主面，在高斯光学中，主面为一与光轴相垂直的平面主点的定义：所谓的主点就是主面与光轴的交点，它可分为前主点和后主点主点的位置：主点位于光轴上，是主面与光轴的交点二）Lens系统中光束的限制在任何 Lens系统对能够进入系统的光束都有一定的选择性，而这些功能是通过光阑来实现的。光学系统的光阑可分为以下几类： 1.孔径光阑Iris or Stop 是限制成像光束立体角的光阑。它决定了轴上点成像光束中最边缘光线的倾斜角，称之为光线的孔径角。在任何Lens系统中均会有一个孔径光阑。孔径光阑的像：入瞳(Entrance Pupil)： Lens系统中，孔径光阑对位于其前面的Lens所成的像。出瞳（Exit Pupil） Lens系统中，孔径光阑对位于其后面的Lens所成的像。 2.视场光阑限制物平面或物空间能被Lens系统成像的最大范围的光阑。它决定了Lens系统的视场。一般情况，视场光阑为像面上感光组件的固定框。 3. 渐晕光阑在光学设计中，有时为了减小轴外像差，便增加一渐晕光阑对通过孔径光阑的距光轴较远的部分光线进行拦截。这种方法以牺牲像面上周边亮度为代价 4.消杂光光阑在Lens系统中出于消除杂散光的目的而增加的光阑。在一般的中低档产品中，通常采用在镜片周边或镜筒内侧涂墨或涂消光漆来达到消杂散光的作用。杂散光会导致像面有眩光或白雾，从而使像质严重下降。三）对亮度 (Relative Illuminance)的定义指中心与边缘的相对亮度。在一个成像系统里，中心的亮度与周边的亮度会有cos4θ比例的衰减。中心及周边的亮度值不同，若要成像面整体亮度均匀，就需要通过系统对光能量的分布重新分配。

有关LENS的一些基本知识

调制传递函数(MTF) 一）MTF 的定义： MTF 调制度=最大亮度-最小亮度/最大亮度+最小亮度景物有景物的调制度(M 景)，影像有影像的调制度(M 影) 理想的Lens 系统的MTF 值为1, 但由于实际的Lens 系统中各种像差的存在及介质的吸收等作用，都会使MTF 产生较大的衷减．二）MTF 的意义及作用在Lens 系统中，MTF 是对Lens 系统的总体评价参数．在设计阶段，可通过相关的光学设计软件对所设计的Lens 进行模拟；在制造阶段，可以对Lens 实体进行MTF 的测试．故在当今的光学领域ＭTF 有着极其广泛的应用三）MTF 特性 1.在MTF 曲线中，当空间频率为零时，其MTF 值为为１，而之后随着空间频率的增加而下降，当降至一定程度时，人眼或其它感光组件就无法对其进行分辨．注：人眼对MTF 的极限分辨值为0.07（或0.05）。于此值时人眼已无法分辨其对比度。 2.斜向入射时，通常都会根据斜向角度的轴分为径向(Saggital)和切向 (Tangental)通常简写为S 和T 方向，而这两个方向的MTF 值会不同，就一般而言，S 的MTF 值会优于T 的MTF 值

五）光学玻璃为传统常用的主要光学材料，一般的光学玻璃的光波透明范围为350nm~2500nm, 在低于400nm时已开始中显示对光的强烈吸收。其分类主要有冕牌及火石两大系列。光学晶体也是一种较常用的光学材料，如在光学仪器及光通信组件中均有较多的应用。有些光学晶体的波带很宽，且性能特异，可以应用到红外或紫外等特殊场合。另，很多晶体具有双折射的性质，可以用来制造偏振组件。光学塑胶材料常用的主要有PMMA(压克力)、ＰＣ（聚碳酸脂）等材料，塑胶光学组件可以用注射成形的方法,生产效率高且成本低,特别是一些具有非球面的光学组件,如果要靠传统的研磨加工方法则成本很高且效率很低,故民用的非球面光学组件大部分为塑胶成形而得。镀膜材料在Lens系统中，有时为了达到一定的功能或效果需在组件表面上加镀不同的膜层。膜系按其能可分为增透膜、反射膜、滤光膜、分束膜、分色膜、偏振膜、导电膜、保护膜等。不同功能的膜系均采用不同的膜系材料。如反射膜一般均采用银、铝等金属材料。