光学辅导讲义(1)
光学辅导讲义（1）
一、光的传播 [知识要点]
● 光在同种均匀介质中沿直线传播。
● 我们在研究光的行为时，通常用一条直线代表光，这样的直线就叫做光线。 ● 光在真空中的传播速度是3.00×108m/s 。 [历史回眸]
在1983年，国际度量衡组织将一米定义为：光在真空中1s 内传播距离的1/299792458。如此我们就可以得到光速的定义值为299792458m/s 。 光速的测量方法：齿轮法（斐索1849）、旋转镜法（傅科1851）以及旋转棱镜法（麦克尔逊1921） [难点分析]
1、 人眼的判断
（1）人看到东西是由于有光进入了人的眼睛
由于光能量包含在光束之中，所以只有进入人眼的光束方能引起视觉。人眼所能看到的，即能成像于视网膜上的只是光束的顶点，而不是光束本身。光在通过混浊物质时，我们似乎能够看到光束，但实际上是由于光束经过的地方那些混浊物散射了光束，人眼只是看到散射光束的那些散射中心 （2）判断物的大小（视角问题）如图1
（3）判断物的远近（光线的反向延长线）
例题1：如图5所示，有一正方体形状的不透光的房间，在其中的一面墙上开有一个圆形小孔.在这面墙的对面有一个正方形的平面镜，在房间里有一个人靠在与平面镜垂直的一侧墙面上，当有一束垂直于圆孔的平行光通过圆孔射到平面镜上时，他能看到的是： [ ]
A. 镜面上有一个圆形的亮斑。
B. 整个正方形镜子的形状。
C. 整个房间的各处都是亮的。
D. 感到整个房间是一片黑暗。 2、影子
（1）本影和半影
光源发出的光照到不透明的物体上，光不能通过，在物体的背光面的后方形成了一个光照不到的黑暗区域，这就是物体的影。如图3，是点光源照到一个不透明的球上，在球的后防形成一个黑暗区域，球在光屏上留下了一个清晰的影。
如果用一个发光面比较大的面光源来代替点光源，就会产生如图4所示的现象。发光面上的每一个发光点，都可以看作是一个点光源，它们各自都在物的背后形成一个影区。这些完全不会有光照射到的共同影称为本影。本影的周围还有一个能够接受到部分光源发出的光的照射的较淡的影，叫半影。 （2）日食和月食
日食的发生可以用如图5的光路图说明：地球上处在月球本影区域里的人看到日全食；在月球半影区里的人看到日偏食；在月球的伪本影区里看到日环食。日食大多发生在农历初一，发生日食现象时，只有在地球上处于白天一面而且处于月球本影区的人才能看到日食。
物
像 图1 图2 图３ 图４
图５
当地球运行到月球和太阳之间时，射向月球的太阳光被地球挡住了，光不能照射到月球上去，若整个月球全部进入地球的本影区里就会发生月全食。若月球一部分进入地球的本影区，另一部分可被阳光照到，就会发生月偏食。月食一般发生在农历十五或以后两天内。
例题2：下列说法正确的是[ ]
A．月亮是天然光源B．月球在太阳、地球之间时，一定发生日食
C．光一定时沿直线传播的D．影的出现是由于光沿直线传播造成的
例题3：排纵队时，如果看到自己前面的一位同学挡住了所有的人，队就排直了，如何解释？
3、小孔成像
小孔成像也是由于光在同种均匀介质中沿直线传播形成的。
小孔所成物体的像，跟小孔的形状无关。成像的大小跟物体、光屏到小孔的远近有关。成像的清晰程度跟物距、像距、孔径有关。其中孔径越小，物离孔较远，屏离孔较近时，像比较清晰；反之就比较模糊了。
小孔成的实像跟透镜、面镜成的实像不同。①光学器件成的像，位置是确定的，小孔成的像跟光屏的位置有关。②光学器件的像即可以用光屏收到，也可以直接用眼睛观看，小孔成的像必须用光屏才能收到。用眼睛直接观察一般只能看到一被照亮的小孔。
例题4：在点燃的蜡烛与平面镜之间放上一个带小孔的屏，则[ ]
A．在镜子里有一个蜡烛的实像B．在镜子里有一个蜡烛的虚像
C．在镜子里有一个小孔的实像D．在镜子里有一个小孔的虚像
二、光的反射
[知识要点]
●反射：指光射到物体表面时，有一部分光被物体反射回去的现象
●反射定律（与之相关的平面镜成像）
镜面反射：如果反射面平滑，能使平行的入射光沿同一方向反射出去（平面镜）
光的反射
漫反射：反射面粗糙不平，即使入射光线平行，反射光线也不平行，而射向各个方向。
例题5：黑板若发生“反光”会造成黑板上字迹看不清，这是因为反光的黑板会发生[ ]
A．漫反射现象，使光射向四面八方B．镜面反射现象，使进入人眼的光线太强
C．满反射现象，使进入人眼的光线变弱D．镜面反射现象，使字迹的光线只射向一个方向
[难点分析]
1、实像与虚像
来自实物发光点的光束，如果不改变方向而直接进入人眼，则该发光点作为光束的顶点能被直接看到，如图6
如果由于反射或折射改变了光线的方向，则光束进入人眼时，人眼的感觉仍以直接沿刚刚进入瞳孔的光线方向来判断光束的顶点，如图7、图8。其中实像所在的点确有光线会聚，但光线并不在会聚点停止，他们相交后仍继续沿原来的直线传播，人眼所看到的只是实像P’（图7），而不能看到实物P，虚像之处根本没有光线通过，实际存在的只是进入人眼的转向后的光线，只是由于这些光线的反向延长线会聚于一点，故而人眼看到的是在图8中的P’。
2、利用平面镜改变光路
光线传播方向改变，是指改变传播方向后的光线与原光线延长线的夹角如图9
例题5：如图10所示，入射光线与反射面夹角为30°，使平面镜绕入射点O 沿顺时针方向转过20°，同时移动光源，使入射光线也绕O 点顺时针转动10°，则反射光线将从原来位置转过__________。 如图11所示，平面镜跟水平方向的夹角为α，一束入射光线沿着跟水平方向垂直的方向射到平面镜O 点，现将平面镜绕O 点且垂直于纸面的轴转过θ时，反射光线跟入射光线之间夹角为__________。
3、 偶镜问题
我们把两个互成角度的平面镜所组成的光学器件称为偶镜。 （1）偶镜中，反射光线
与平面镜之间的夹角规
律如下：（如图12） ①i =1θ ②αθ+=i 2 ③αθ23+=i ④αθ34+=i ．．．．．．
αθ)1(-+=n i n
例题6：
如图13所示，两平面镜A 和B 成15°夹角交于O 点，从C 点处垂直于A 镜射出一条光线，此光线在两镜间经多次反射后不再与镜面相遇。试问：有几次反射？而最后一次反射发生在哪个镜面上？（镜面足够长） [ ]
A ．5次，
B 镜 B ．6次，B 镜
C ．5次，A 镜
D ．6次，B 镜
θ θ 图9 30° α°
图10 图11
θ１
θ２
θ３
θ３
θ４
θ５
图12 图12
图６ 图７ 图８
O
O
（２）偶镜成像
关于偶镜成像的个数我们一般可以得到如下公式（如图14）
1360-=
α
n
（其中α能整除360）
例题7：
如图15中，AB 、BC 、CD 为平面镜，EF 为挡光板，S 为发光点。试从Ｓ点作一条光线，经过平面镜反射后恰能通过如图所示Ｍ点。
如图16所示，光滑桌面上放有两个光滑固定的挡板OM 、ON ，夹角60°。角平分线上有两个相同的弹性小球P 和Ｑ，某同学给小球Ｐ一个速度经过挡板的一次或多次反射后恰能击中小球Q ，小球的大小不计，也不考虑P 球击中O 点时的情况，该同学要想实现上述想法，可选择的小球运动路线有 [ ] A ．2条 B ．4条 C ．6条 D ．8条 例题８：
两个互相垂直的平面镜组成了激光反射器，如图17，如果入射光线的方向不变，反射器绕O 点向顺时针方向转动了30°，那么经过反射器两次反射的光线将转过__________。 如图18所示两个平面镜相互垂直放置，点光源在平面镜内成三个像。现让点光源S 在水平面内沿圆周顺时针运动，则可以观察到的三个像[ ]
A ．全做顺时针运动
B ．全都做逆时针运动
C ．一个顺时针运动，另外两个逆时针运动
D ．一个逆时针运动，另外两个顺时针运动
以平面镜MO 和NO 为两个侧面的一个黑盒子里有一个点光源S ，黑盒子的另一侧EN 上开一个小孔P ，如图19所示。一位观测者在盒外沿与EN 平行的方向走过，通过P 孔能几次看到S 所发出的光 [ ] A ．1次 B ．2次 C ．3次 D ．4次
练习：
1 下列各项有关光的表述，哪项是正确的？ (1) 光在均匀的介质中以直线传播。 (2) 光是能量的一种形式。
(3) 光束的边缘在真空中是可见的。
P
P ’1 P ’2 P ’’12
60°
P P ’1
P ’’1 P ’’’12 P ’2
P ’’2
图14
O B A C
图13 图1５ 图16 图17 图18 图19
A 只有(1)
B 只有(3)
C 只有(1)和(2)
D (1)、(2)和(3)
2、图1中，光线在镜子M 2的反射角是多少？
A 40o
B 45o
C 50o
D 55o
3、图2中，光线在平面镜的入射角是30o 。把镜子转动20o 后，反射角会变成多少？
A
10o B
20o C 30o D 不能确定。
图 1
图
2
图3
4 下列各项有关平面镜成像的述，哪项是正确的？
(1) 像在镜的后面形成。(2) 像为虚像。(3) 像是倒置的。
A
只有(1) B 只有(1)和(2) C 只有(2)和(3) D (1)、(2)和(3)
5、如图3所示，硬纸板上写了三个字母。如果硬纸板放在平面镜前，下列哪一项为平面镜所
形成的像
A
B
C
D
6、一具潜望镜由两块平面镜组成。下列各项有关该潜望镜最终所成的像的述，哪项必然
是正确的？
(1) 像是直立的。(2) 像为虚像。(3)
像比物体小。
A
只有(2) B 只有(3) C 只有(1)和(2) D
(1)、(2)和(3)
7、如图4所示，一女孩面向墙壁站立，她的眼睛与地面相距1.5 m 。现有一面小镜，应把小镜挂在墙上哪个位置，女孩才可看到天花板的灯
A 地面上方1.50 m 的位置
B 地面上方1.63 m 的位置 C
地面上方1.75 m 的位置 D
地面上方1.83 m 的位置
8、如图5中，两块平面镜成直角相对摆放。一物体放在O 点，光线经两块镜多次反射后便形成数个像。图中哪个位置不会有像形成
A 只有I 2
B 只有I 3
C 只有I 2和I 3
D 只有I 3和I 4
图4 图5
9、在黑暗的环境中摄影，通常都要使用闪光灯。
图6
(a) 闪光灯所产生的是会聚光束、平行光束、还是发散光束？产生这种光束的好处是甚么？
(b) 一个夜里，你的朋友站在漆黑的大球场中央，要你替他拍照。解释为甚么即使使用了
闪光灯，照片上的背景还是非常昏暗
10、现时，许多商业大厦都用大块的反射镜板作为外墙。如图6所示的大厦，外墙就是用反
射镜板筑成的。从这大厦的外面观看镜板，可以见到附近旗帜的像。
(a) 由镜板形成的旗帜的像，形状和旗帜有点分别。试指出两个可能导致这分别的原因。
(b) 画一幅光线图，以显示这种镜板怎样反射遥远物体所发出的光线
信息光学简介
信息光学是现代光学前沿阵地的一个重要组成部分。 信息光学采用信息学的研究方法来处理光学问题，采用信息传递的观点来研究光学系统，这之所以成为可能，是由于下述两方面的原因。 首先，物理上可以把一幅光学图象理解为一幅光学信息图。一幅光学图象，是一个两维的光场分布，它可以被看作是两维空间分布序列，信息寓于其中。而信息学处理的电信号可以看作是一个携带着信息的一维时间序列，因此，有可能采用信息学的观点和方法来处理光学系统。 然而，仅仅由于上述原因就把信息学的方法引入光学还是远远不够的。在光学中可以引入信息学方法的另一个重要原因是光学信号通过光学系统的行为及其数学描述与电信号通过信息网络的行为及其数学描述有着极高的相似性。在信息学中，给网络输入一个正弦信号，所得到的输出信号仍是一个正弦波，其频率与输入信号相同，只不过输出波形的幅度和位相（相对于输入信号而言）发生了变化，这个变化与、且仅与输入信号的性质以及网络特点有关。在光学中，一个非相干的光强按正弦分布的物场通过线性光学系统时，所得到的像的光强仍是同一频率的正弦分布，只不过相对于物光而言，像的可见度降低且位相发生了变化，而且这种变化亦由、且仅由物光的特性和光学系统的特点来决定。很显然，光学系统和网络系统有着极强的相似性，其数学描述亦有共同点。正因为如此，信息学的观点和方法才有可能被借鉴到光学中来。 信息学的方法被引入光学以后，在光学领域引起了一场革命，诞生了一些崭新的光学信息的处理方法，如模糊图象的改善，特征的识别，信息的抽取、编码、存贮及含有加、减、乘、除、微分等数学运算作用的数据处理，光学信息的全息记录和重现，用频谱改变的观点来处理相干成像系统中的光信息的评价像的质量等。这些方法给沉寂一时的光学注入了新的活力。 信息光学和网络系统理论的相似是以正弦信息为基础的，而实际的物光分布不一定是正弦分布，因此，在信息光学中自然必须引入傅里叶分析方法。用傅里叶分析法可以把一般光学信息分解成正弦信息，或者把一些正弦信息进行傅里叶叠加。把傅里叶分析法引入光学乃是信息光学的一大特征。在此基础上引入了空间频谱思想来分析光信息，构成了信息光学的基本特色。 信息光学的基本规律仍然没有超出经典波动理论的范围，它仍然以波动光学原理为基础。信息光学主要是在方法上有了进一步的发展，用新的方法来处理原来的光学问题，加深对光学的理解。当然如果这些发展只具有理论的意义，它就不会像现在这样受到人们的重视，它除了可以使人们从更新的高度来分析和综合光现象并获得新的概念之外，还由此产生了许多应用。例如，引入光学传递函数来进行像质评价，全息术的应用等。
光信息技术实验指导书一
信息光学实验讲义（一） 指导教师：刘厚通 安徽工业大学数理学院
实验一 阿贝成像原理和空间滤波 (天津拓扑) 一、实验目的 了解付里叶光学基本原理的物理意义，加深对光学中的空间频谱和空间滤波等概念的理解。 二、实验原理 1、傅立叶变换在光学成像系统中的应用。 在信息光学中、常用傅立叶变换来表达和处理光的成像过程。 设一个xy 平面上的光场的振幅分布为g(x,y)，可以将这样一个空间分布展开为一系列基元函数exp[()]x y iz f x f y π+的 线性叠加。即 (,)()exp[2()]x y x y x y g x y G f f f x f y df df π∞ -∞= +?? (1) x f ，y f 为x,y 方向的空间频率，量纲为1L -； ()x y G f f 是相应于空间频率为x f ，y f 的基元函数的权重，也称为光场的空间频率，()x y G f f 可由下式求得： (,)(,)exp[2()]x y G x y g x y i f x f y dxdy π∞ -∞= -+?? (2) g(x,y)和()x y G f f 实际上是对同一光场的两种本质上等效的描述。 当g(x,y)是一个空间的周期性函数时，其空间频率就是不连续的。例如空间频率为0f 的一维光栅，其光振幅分布展开成级数： 0()exp[2]n n g x G i n f x π∞=-∞= ∑ 相应的空间频率为f=0，0f ，0f 。 2、阿贝成像原理 傅立叶变换在光学成像中的重要性，首先在显微镜的研究中显示出来。E.阿贝在1873年提出了显微镜的成像原理，并进行了相应的实验研究。阿贝认为，在相干光照明下，显微镜的成像可分为两个步骤，第一个步骤是通过物的 衍射光在物镜后焦面上形成一个初级衍射（频谱图）图。第二个步骤则为物镜后焦面上的初级衍射图向前发出球面波，干涉叠加为位于目镜焦面上的像，这个像可以通过目镜观察到。 成像的这两步骤本质上就是两次傅立叶变换，如果物的振幅分布是
大学物理实验参考
信息光学实验 实验报告 班级 学号 姓名 教师 上课时间
填写实验报告的要求 1.实验前要认真预习实验内容，理解实验的原理。 2.实验过程中要严肃认真地做好实验记录，确认所记录的数据无误后，认真 填写实验报告。 3.在试验过程中，对观察到的现象，尽量用图示说明并加以简明的理论分析。 4.对实验原理深入理解，认真回答课后思考题。 5.要求书写整洁，字体端正。
实验1 像面全息图 第一部分：预习 (一) 实验目的 1．掌握像面全息图的记录和再现原理，学会制作像面全息图，为彩虹全息实验打下基础； 2．观察像面全息图的再现像，比较其与普通三维全息图的不同之处； 3．分析离焦量对像面全息图再现像清晰度的影响 (二) 实验光路 La－激光器BS－分束镜M1、M2－全反镜L-成像透镜Lo1、Lo2－扩束镜H－全息片(三) 实验原理 将物体靠近全息记录介质，或利用成像系统将物体成像在记录介质附近，再引入一束与之相干的参考光束，即可制作像全息图。当物体紧贴记录介质或物体的像跨立在记录介质表面上时，得到的全息图称为像面全息图。因此，像面全息图是像全息图的一种特例。像面全息图的记录光路如图所示。激光器发出的激光束经反射镜M1折转后被分束镜分成两束，透过的光束经反射镜射M2反射后被扩束镜扩束并照明物体，物体被成象透镜成像在全息干板上构成物光；M3反射的一束光被扩束镜扩束并照明全息干板H，作为参考光。由于全息干板位于像面上，故记录的是像面全息图。 像面全息图的特点是可以用宽光源和白光再现。对于普通的全息图，当用点光源再现时。物上的一个点的再现像仍是一个像点。若照明光源的线度增大，像的线度随之增大，从而产生线模糊。计算表明，记录时物体愈靠近全息图平面，对再现光源的线度要求就愈低。当物体或物体的像位于全息图平面上时，再观光源的线度将不受限制。这就是像面全息图可以用宽光源再现的原因。 全息图可以看成是很多基元全息图的叠加，具有光栅结构。当用白光照明时，再现光的方向因波长而异，故再现点的位置也随波长而变化，其变化量取决于物体到全息图平面的
摄影照明讲义
摄影照明讲义 摄影用光概述 （一）．光的基本作用 （1）完成拍摄任务 （2）帮助造型 （3）完成构图任务 摄影用光是创作的一个重要环节，它直接影响到摄影作品的画面效果，影响到摄影作品的感染力。光线是构成影象的基础。 二）．光的种类（人造光与自然光） ●人造光源：是我们在摄影棚内使用的主要光源，任何人造光源都可以用作摄影照明。目前，世界上最好的灯具是布朗灯、爱玲珑、康素三大品牌。当然，也有国产的如金鹰、光宝、海力鹅等。 在摄影棚内使用的主要光源有： 1、连续光源中的普通白只灯泡（钨丝灯、强光灯、摄影灯炮等） 2、卤钨灯（溴钨灯、碘钨灯等） 3、瞬间发光的闪光灯（闪光灯、电子闪光灯） ●摄影灯具包括返光灯与聚光灯两部分 尤其是在广告摄影中对摄影光源的要求较高，光源的光谱成分与日光的光谱成分接近。拍摄的照片色彩才会还原准确。 下面是常见的几种不同效果的闪光灯具： 1、返光灯：是常用的灯具，它是由在电子闪光灯具上安装不同角度和不同内壁的反光罩构成。它发出的光为直射硬光，光的亮度高、方向性强、反差大、投影浓重等特点。 2、伞灯：将不同质地、规格的反光伞装在返光灯上就成为伞灯，它的特点是发光面积大、反差较小。 3、柔光灯：（广告摄影与人像摄影中用得最多的灯具），在多种闪光灯头上加个柔光罩，就成为柔光灯。它发出的光线，光性柔和、光照平均、锐度较 伞灯强、反差稍高、色彩鲜艳、层次表现清晰明确。 4、雾灯：是在闪光灯系列的特殊灯具，其灯头一般不与返光灯的灯头通用，闪光管前有反射玻璃。其特点是可以提供高强度的均匀照明，光性柔和、色彩还原饱和。 5、聚光灯：是用来提供直射的强光，其特点是发射平行或接近平行的集束光，光哀很小、亮
计算全息实验二
实验注意事项（必读） 1．提前预习，没有弄清楚实验内容者，禁止接触实验仪器。 2．注意激光安全。绝对不可用眼直视激光束，或借助有聚光性的光学组件观察激光束，以免损 伤眼睛。 3．注意用电安全。He-Ne激光器电源有高压输出，严禁接触电源输出和激光头的输入端，避免触 电。 4．注意保持卫生。严禁用手或其他物品接触所有光学元件（透镜、反射镜、分光镜等）的光学 表面；特别是在调整光路中，要避免手指碰到 光学表面。 5．光学支架上的调整螺丝，只可微量调整。过度的调整，不仅损坏器材，且使防震功能大减。6．实验完成后，将实验所用仪器摆放整齐，清理一下卫生。
计算全息（二） 修正离轴干涉型与相息图编码 计算全息是利用计算机设计制作全息图或衍射光学元件的技术。从原理上，计算全息和光学全息没有什么本质差别，所不同的是产生全息图的方法。光学全息是直接利用光的干涉特性，通过物波和一束相干参考波的干涉将物波的振幅和位相信息转化成一幅干涉条纹的强度分布图，即全息图。光学全息记录的物体必须是实际存在的。而计算全息则是利用计算机程序对被记录物波的数学描述或离散数据进行处理，形成一种可以光学再现的编码图案，即计算全息图。他不需要被记录物体的实际存在。由于计算全息图编码的多样性和波面变换的灵活性，以及近年来计算机技术的飞速发展，计算全息技术已经在三维显示、图像识别、干涉计量、激光扫描、激光束整形等研究领域得到应用。最近计算全息领域的新进展是利用高分辨位相空间光调制器实现了计算全息图的实时再现，这种实时动态计算全息技术已经在原子光学、光学微操纵、微加工、软物质自组织过程的控制等领域得到成功的应用，显示了计算全息技术的巨大应用发展前景。 计算全息除了其在工业和科学研究方面的应用价值，也是一个非常好的教学工具。要做好一个计算全息图，既要熟悉衍射光学、光全息学等物理知识，还要了解抽样理论、快速傅里叶变换、调制技术和计算机编程方面的知识。这些知识对于物理类和光电信息技术类专业的学生和研究人员都是不可缺少的。 1、实验目的: 1.通过设计制作一计算全息图、利用高分辨液晶空间光调制器(LCD)实时再现 该计算全息图、观察再现结果、并利用CCD 记录再现像等实验内容； 2.掌握计算全息图的编码原理，加深对光全息原理，光的干涉和衍射特性的 认识；训练使用空间滤波器、空间光调制器（LCD）、CCD图像采集等重要的现代光学实验装置进行数字光学实验的能力。 3.同时初步了解Matlab 语言在光学中的应用。 2、实验原理 本实验以经典的迂回相位型计算全息图设计制作过程为例，介绍计算全息的基本原理。一般说来，计算全息图的制作大致可分成下述五个步骤： 1.选择物体或波面，给初其数学描述或离散数据。 2.计算物波在全息图面上的光场分布。 3.把上述光场分布编码成全息图的透过率变化。 4.输出：光学缩版或微加工。 5.光学再现。
信息光学matlab仿真
%圆孔的夫琅禾费衍射： N=512; r=3; %衍射圆孔的半径 I=zeros(N,N); [m,n]=meshgrid(linspace(-N/16,N/16-1,N)); D=(m.^2+n.^2).^(1/2); I(find(D<=r))=1; subplot(1,2,1),imshow(I); title('生成的衍射圆孔'); % 夫琅禾费衍射的实现过程 L=500; [X,Y]=meshgrid(linspace(-L/2,L/2,N)); lamda_1=630; % 输入衍射波长; lamda=lamda_1/1e6 k=2*pi/lamda; z=1000000; % 衍射屏距离衍射孔的距离h=exp(1j*k*z)*exp((1j*k*(X.^2+Y.^2))/(2*z))/(1j*lamda*z);%脉冲相应 H =fftshift(fft2(h)); %传递函数 B=fftshift(fft2(I)); %孔径频谱 G=fftshift(ifft2(H.*B)); subplot(1,2,2),imshow(log(1+abs(G)),[]); title('衍射后的图样'); figure meshz(X,Y,abs(G)); title('夫琅禾费衍射强度分布')
%单缝的夫琅禾费衍射： N=512; a=25; % 单缝的宽度 b=1000;% 单缝的长度 I=zeros(N,N); [m,n]=meshgrid(linspace(-N/4,N/4,N)); I(-a 照明光学知识 一、 照明光学基础 1.2.1 光的度量 (1)光通量φ 光源发射并被人的眼睛接收的能量之总和。单位：流明[lm]。 光通量是指单位时间内光辐射能量的大小，它是根据人眼对光的感觉来评价的。例如一个200W 的白炽灯比100W 的白炽灯要亮得多，也就是说发出光的量多。我们称光源发出光的量为光通量。 光通量一般就视觉而言，即辐射体发出的辐射通量按V （λ）曲线的效率被人眼所接受，若辐射体的光谱辐射通量为λ?Φe ，其光通量Φ的表达式为： ()λλλd V K e m ??Φ=Φ780 380 （1.2.1） 式中：K m ——最大光谱光效能，683lm ／w ； V （λ）——明视觉光谱光效率； λ?Φe ——光谱辐射通量，即在给定波长为λ的附近无限小范围内，单位时间内发出辐射能 量的平均值，单位为W ／nm 。辐射通量也称辐射功率； φ——光通量，lm 。 光通量的单位是lm （流明），在国际单位制中，它是一个导出单位，1lm 是发光强度为1cd （坎德拉）的均匀点光源在lsr （球面度）内发出的光通量。 在照明工程中，光通量是说明光源发光能力的基本量，例如，一只220V 、4OW 白炽灯发射的光通量为350lm ，而一只220V 、40W 荧光灯发射的光通量为2100lm ，为白炽灯的6倍。 CREE 光源 型 号 规 格 通350mA 时的光通量 XR WC ，WD ，WF ，WG M3：45.7-51.7LM ，5000-7000K XR-C IW 8A ，B ，C ，D M3：45.7-51.7LM ，2600-2900K XR-C DW WC ，WD ，WF ，WG M3：45.7-51.7LM ，5000-7000K XR-C DW WC ，WD ，WF ，WG N2：51.7-56.8LM ，5000-7000K XR-E IW 8A ，B ，C ，D N2：51.7-56.8LM ，2600-2900K XR-E IW 8A ，B ，C ，D P2：67.2-73.9LM ，2600-2900K XR-E DW WC ，WD ，WF ，WG P2：67.2-73.9LM ，5000-7000K XR-E DW WC ，WD ，WF ，WG P3：73.9-80.6LM ，5000-7000K XR-E DW WC ，WD ，WF ，WG P4：80.6-87.4LM ，5000-7000K XR-E DW WC ，WD ，WF ，WG Q2: 87.4-93.9LM, 5000-7000K XR-E DW WC ，WD ，WF ，WG Q4: 100-107LM 5000-7000K XR-E DW WC ，WD ，WF ，WG Q5: 107-114LM 5000-7000K (2) 发光强度（光强） 由于辐射发光体在空间发出的光通量不均匀，大小也不相等，为了表示辐射体在不同方向上光通量的分布特性，需引人光通量的（空间）角密度概念。如图9—2—1 所示，S 为点状发光体，它向各个方向辐射光通，若在某方向上取微小立体角d ω，在此立体角内所发出的光通量为d Φ， 光学设计性实验报告（一步彩虹全息） 姓名： 学号： 学院：物理学院 一步彩虹全息 摘要彩虹全息是用激光记录全息图, 是用白光再现单色或彩色像的一种全息技术。彩虹全息术的关键之处是在成像光路( 即记录光路) 中加入一狭缝, 这样在干板上也会留下狭缝的像。本文研究了一步彩虹全息图的记录和再现景象的基本原理、一步彩虹全息图与普通全息图的区别和联系、一步彩虹全息的实验光路图，探讨了拍摄一步彩虹全息图的技术要求和注意事项，指出了一步彩虹全息图的制作要点, 得出了影响拍摄效果的佳狭缝宽度、最佳狭缝位置及曝光时间对彩虹全息图再现像的影响。 关键词：一步彩虹全息；狭缝；再现 1 光学实验必须要严密，尽可能地减少实验所产生的误差； 2 实验仪器 防震全息台激光器分束镜成像透镜狭缝干板架光学元件架若干干板备件盒洗像设备一套线绳辅助棒扩束镜2个反射镜2个 3 实验原理 3.1 像面全息图 像面全息图的拍摄是用成像系统使物体成像在全息底板上，在引入一束与之相干的参考光束，即成像面全息图，它可用白光再现。再现象点的位置随波长而变化，其变化量取决于物体到全息平面的距离。 像面全息图的像（或物）位于全息图平面上，再现像也位于全息图上，只是看起来颜色有变化。因此在白光照射下，会因观察角度不同呈现的颜色亦不同。 3.2 彩虹全息的本质 彩虹全息的本质是要在观察者与物体的再现象之间形成一狭缝像，使观察者通过狭缝像来看物体的像，以实现白光再现单色像。若观察者的眼睛在狭缝像附近沿垂直于狭缝的方向移动,将看到颜色按波长顺序变化的再现像。若观察者的眼睛位于狭缝像后方适当位置, 由于狭缝对视场的限制, 通过某一波长所对应的狭缝只能看到再现像的某一条带, 其色彩与该波长对应, 并且狭缝像在空间是连续的。观察者所看到的物体像具有连续变化的颜色, 像雨后天空中的彩虹一样, 因此这种全息图称为彩虹全息图。 一步彩虹全息图的记录光路是在三维照相的光路中，在记录干板与物体之间插入一个成像透镜和一个水平狭缝，把物体和狭缝的像一次记录下来，由于狭缝放置的位置不同，一步彩虹全息图的记录光路有两种；一种是赝像的记录光路，一种是真像记录光路。 3.2.1 赝像的记录光路 狭缝紧贴成像透镜后面放置，成像透镜只对物体成实像对狭缝不成实像，狭缝位于透镜焦点之内在焦点外成虚像。用会聚光作参考光。 3.2.2 真像的记录光路 狭缝和物体O均放在透镜L的焦点以外，狭缝位于物体和透镜之间。成像透镜对物体和狭缝均成实像，二者的像均在透镜的另一侧，物体的实像和狭缝的实像分别成在记录干板的前边和后边，物体的像离全息干板近一些。 信息光学实验讲义（二） 指导教师：刘厚通 安徽工业大学数理学院 实验三全息光栅的制作 引言 光栅是一种重要的分光元件,在实际中被广泛应用。许多光学元件, 例如单色仪、摄谱仪、光谱仪等都用光栅作分光元件;与刻划光栅相比, 全息光栅具有杂散光少、分辨率高、适用光谱范围宽、有效孔径大、生产效率高, 成本低廉等突出优点。 实验目的 1、了解全息光栅的原理； 2、掌握制作全息光栅的常用光路和调整方法； 3、掌握制作全息光栅的方法。 基本原理 （1）全息光栅 当参考光波和物光波都是点光源且与全息干板对称放置时可以在干板上形成平行直条纹图形，这便是全息光栅。采用线性曝光可以得到正弦振幅型全息光栅。从光的波动性出发，以光自身的干涉进行成像，并且利用全息照相的办法成像制作全息光栅，这是本节的内容。 （2）光栅制作原理与光栅频率的控制 用全息方法制作光栅, 实际上就是拍摄一张相干的两束平行光波产生的干涉条纹的照相底片，当波长为λ的两束平行光以夹角 交迭时, 在其干涉场中放置一块全息干版, 经曝光、显影、定影、漂白等处理, 就得到一块全息光栅。相邻干涉条纹之间的距离即为光栅的空间周期d (实验中常称为光栅常数) 。如图2-1所示： 图2-1全息光栅制作原理示意图 有多种光路可以制作全息光栅。其共同特点是①将入射细光束分束后形成两个点光源，经准直后形成两束平面波；②采用对称光路，可方便地得到等光程。如图2-2和图2-3所示。 Ⅰ 图 2-2 全息光栅制作实验光路图 图 2-3 全息光栅制作实验光路图 图2-2采用马赫-曾德干涉仪光路,它是由两块分束镜（半反半透镜）和两块全反射镜组成，四个反射面接近互相平行，中心光路构成一个平行四边形。从激光器出射的光束经过扩束镜及准直镜，形成一束宽度合适的平行光束。这束平行光射入分束板之后分为两束。一束由分束板反射后达反射镜，经过其再次反射并透过另一个分束镜，这是第一束光；另一束透过分束镜，经反射镜及分束镜两次反射后射出，这是第二束光。在最后一块分束镜前方两束光的重叠区域放上屏P。若Ⅰ，Ⅱ两束光严格平行，则在屏幕不出现干涉条纹；若两束光在水平方向有一个交角，那么在屏幕的竖直方向出现干涉条纹，而且两束光交角越大，干涉条纹越密。当条纹太密时，必须用显微镜才能观察得到。在屏平面所在处放上全息感光干版，记录下干涉条纹，这就是一块全息光栅。 为了保证干涉条纹质量，光束I和II需要严格水平于光学平台，可在图中最后一个分束镜后面两束光的重叠区内放一透镜，将屏移到透镜的后焦面。细调两块反射镜使光束I和II在屏上的像点处于同一水平线上，这样I、II严格水平于平台。 电视照明设计中的艺术 光是电视图像造型的重要手段，没有光就没有图像形象与空间，光用来渲染气氛，突出重点，创造立体图像；赋予图像光色情调，构成图像视觉造型风格。 在现代灯光设计中，把灯光光线、灯光色彩、灯光造型与节目样式相结合，通过运用灯光的扬抑、隐现、虚实、动静以及投光面积和角度，以建立空间中的光构图、光气氛、光秩序、光节奏，渲染了空间变化效果，改善了空间比例，限定了空间区域，强调了视觉中心，增加了空间层次，明确了空间导向。通过灯光自身的造型、形态、光感以及灯具的排列组合对空间起着构成或强化艺术效果的作用。灯光照射到空间结构或装饰材料上，借助于光影和光色效果揭示出结构与材料的韵律美，这些都是借助于光的手段而实现的艺术现象。 对于数字时代的电视图像来讲，光的意义和作用就更有其独到之处。由于光是电视这门艺术赖以生存的基本媒介和重要工具，电视图像的完美程度都与光有着直接关系。对于光作用的不断认识和灯光设备的不断现代化，推动了电视艺术的发展。如果离开了对光的因素的积极研究和努力实践，将直接影响人们对电视质量的认同，这即是指电视的光电转换依赖于光的物理现象和实现高清数字电视概念的提出，又是指电视语言及其改进离不开对光的探索。 灯光图像的技术质量和艺术效果是和视频技术现状及灯光技术状态相联系的。电视节目制作是建立在技术基础上的艺术创作，数字时代为电视艺术创作建立了新的平台，拓展了空间。数字高清晰度电视对灯光制作图像有什么样的要求，需要从数字高清视频系统特性上与现阶段视频系统的比较中去发现。 电视图像的格式不同，现阶段的传统电视采用4：3的宽高比，数字高清晰度电视采用了16：9的宽高比。由于格式不同，电视图像变宽，摄像视角的变 文档从互联网中收集，已重新修正排版，word格式支持编辑，如有帮助欢迎下 载支持。一．实验目的 1.了解全息照相的基本原理，熟悉反射式全息照相和透射式全息照相的基 本技术和方法。 2.掌握在光学平台上进行光路调整的基本方法和技能。 3.通过全息照片的拍摄和冲洗，了解有关照相的一些基本知识，拍摄合格 的全息图。 二．实验原理 1.反射式全息照相 反射式全息照相也称为白光重现全息照相，这种全息照相用相干光记录全息图，而用“白光”照明得到重现像。由于重现时眼睛接收的是白光在底片上的反射光，故称为反射式全息照相。这方法的关键在于利用了布拉格条件来选择波长。 2.透射式全息照相 所谓透射式全息照相是指重现时所观察和研究的是全息图透射光的成像。这里将重点讨论以平行光作为参考光，对物光和参考光夹角较小的平面全息图的记录及再现过程。最后再简单介绍球面波作参考光的全息照相以及体积全息照相。 1)全息记录 2)物光波前的重现 全息图右侧空间并无光源，因而光场就唯一地决定于z＝0处波前。因而0 级和±1级三束光从传播方向上是分离的。 0级衍射近似于一束平面波，其传播方向与全息图法线成α角。 +1级衍射则是一束球面发散波，其源点就是原来物光点源所在位置。由于 点源不是在透射光场内，因而形成虚像。 第三束光则是一束会聚的球面波，其会聚点就是实像的位置，由于波前有一项附加相位因子相当于这束球面波传播方向有一附加角度变化，很小时，这角 度近似于2α。 三．实验仪器 光学平台，半导体激光器及电源，快门及定时曝光器，扩束透镜，反射镜，光功率计，全息干板，三枚硬币。 四．实验条件 为了照好一张全息图必须具备下列几个基本条件： （1）一个很好的相干光源。全息原理是在1948年就已提出，但由于没有合适的光源而难以实现。激光的出现为全息照相提供了一个理想的光源。这是 因为激光具有很好的空间相干性与时间相干性。本实验用650半导体激光 器，其相干长度约为20cm。为了保证物光和参考光之间良好的相干性， 应尽可能使两束光光程相等。 （2）保证全息照相所用系统的稳定性。由于全息底片上所记录的干涉条纹很细，相当于波长量级，在照相过程中极小的干扰都会引起干涉条纹的模糊，甚 至使干涉条纹完全无法记录。例如记录过程中若底片位移了1um，则条纹0word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。 信息光学研究发展现状 【摘要】从全息思想的提出至今已经有半个多世纪的历史。期间，全息技术的发展取得了很大的成就。梳理一下全息技术的发展以及当今的研究和应用现状，有助于我们深入了解全息技术对生产、生活的重要影响以及其今后的发展方向。 【关键词】全息防伪存储全息透镜 【引言】全息技术一门正在蓬勃发展的光学分支，主要运用了光学原理，是一种不用透镜，而用相干光干涉得到物体全部信息的二部成像技术。如果说全息技术在照相方面的应用与普通照相技术的最大区别，那就是全息技术能够利用激光的相干性原理，将物体对光的振幅和相位反射（或透射）同时记录在感光板上，也就是把物体反射光的所有信息全部记录下来，并能够再现出立体的三维图像。也就是全息技术所记录不是图像，二是光波。全息技术近年来已渗透到社会生活的各个领域并被广泛地应用于近代科学研究和工业生产中，特别是在现代测试、生物工程、医学、艺术、商业、保安及现代存储技术等方面已显示出特殊的优势。随着全息技术的快速发展，全息技术的产品正越来越多地走向市场、应用于现代生活中。 一、全息技术的发展简介 全息照相技术是1948年英国科学家丹尼斯·伽伯(Dennis Gabor)为改善电子显微镜成像质量提出的重现波前的理论，并因此获得了诺贝尔奖。但当时由于缺乏纯净的能够相互干涉的光，全息图的质量很差。直到十二年以后的1960年，激光器问世，美国密执安大学的埃梅蒂·利斯与朱里斯·尤佩尼克拍成了第一张全息相片，全息技术才有了蓬勃快速的发展。 1948年，伽伯为提高电子显微镜的分辨率，在布拉格的“x射线显微镜”、泽尼克的相衬原理的启示下，提出了一种用光波记录物光波的振幅和相位的方法，并用实验证实了这一想法。为了进一步证实其原理，他先后采用电子波与可见光进行了验证，并在可见光中得到了证实，同时制成了第1张全息图。从那时起至20世纪5O年代末期，全息图都是用汞灯作为光源，而且是参考光与物光共 实验注意事项（必读） 1．没有弄清楚实验内容者，禁止接触实验仪器。 2．注意激光安全。绝对不可用眼直视激光束，或借助有聚光性的光学组件观察激光束，以免损伤眼睛。 3．注意用电安全。He-Ne激光器电源有高压输出，严禁接触电源输出和激光头的输入端，避免触电。 4．注意保持卫生。严禁用手或其他物品接触所有光学元件（透镜、反射镜、分光镜等）的光学表面；特别是 在调整光路中，要避免手指碰到光学表面。 5．光学支架上的调整螺丝，只可微量调整。过度的调整，不仅损坏器材，且使防震功能大减。 6．实验完成后，将实验所用仪器摆放整齐，清理一下卫生。 Matlab数字衍射光学实验一 计算机仿真过程是以仿真程序的运行来实现的。仿真程序运行时，首先要对描述系统特性的模型设置一定的参数值，并让模型中的某些变量在指定的范围内变化，通过计算可以求得这种变量在不断变化的过程中，系统运动的具体情况及结果。仿真程序在运行过程中具有以下多种功能： 1）计算机可以显示出系统运动时的整个过程和在这个过程中所产生的各种现象和状态。具有观测方便，过程可控制等优点； 2）可减少系统外界条件对实验本身的限制，方便地设置不同的系统参数，便于研究和发现系统运动的特性； 3）借助计算机的高速运算能力，可以反复改变输入的实验条件、系统参数，大大提高实验效率。因此．计算机仿真具有良好的可控制性(参数可根据需要调整)、无破坏性(不会因为设计上的不合理导致器件的损坏或事故的发生)、可复现性(排除多种随机因素的影响，如温度、湿度等)、易观察性(能够观察某些在实际实验当中无法或者难以观察的现象和难以实现的测量，捕捉稍纵即逝的物理现象，可以记录物理过程的每一个细节)和经济性(不需要贵重的仪器设备)等特点。 Matlab是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面友好的用户环境。它还包括了ToolBox(工具箱)的各类问题的求解工具，可用来求解特定学科的问题。Matlab的长处在于数值计算，能处理大量的数据，而且效率比较高。MathWorths公司在此基础上开拓了符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，增强了Matlab的市场竞争力，使Matlab成为市场主流的数值计算软件。Matlab产品族支持概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境。其主要功能有：数据分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统设计、数字图像信号处理、财务工程，建模、仿真、原型开发，应用开发，图形用户界面。 在光学仪器设计和优化过程中，计算机的数值仿真已经成为不可缺少的手段。通过仿真计算，可以大幅度节省实验所耗费的人力物力，特别是在一些重复实验工作强度较大且对实验器材、实验环境等要求较苛刻的情况下。如在大型激光仪器的建造过程中，结合基准实验的仿真计算结果可为大型激光器的设计和优化提供依据。仿真光学实验也可应用于基础光学教学。光学内容比较抽象，如不借助实验，很难理解，如光的干涉、菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射等。传统的光学实验需要专门的实验仪器和实验环境。其操作比较烦琐，误差大现象也不明显，对改变参数多次观察现象也多有不便。MATLAB是当今国际上公认的在科技领域方面最为优秀的应用软件和开发环境。利用它对光学实验仿真可避免传统实验中的缺点，强大的功能使光学实验变得简便准确。基于MATLAB的科学可视化功能对光学仿真实验现象进行计算机模拟的效果更加准确明显。 1.实验目的: 掌握基本的Matlab编程语言，了解其编程特点；模拟几种常用函数，了解其编程过程及图像显示命令函数，掌握Matlab画图方法；通过设计制作一系列光学研究物体掌握其编程方法；掌握光波的matlab编程原理及方法，初步了解Matlab 光纤耦合与特性测试 一、实验目的 1、了解常用的光源与光纤的耦合方法。 2、熟悉光路调整的基本过程，学习不可见光调整光路的办法。 3、通过耦合过程熟悉Glens的特性。 4、了解1dB容差的基本含义。 5、通过实验的比较，体会目前光纤耦合技术的可操作性。 二、实验原理 在光纤线路耦合的实施过程中，存在着两个主要的系统问题：即如何从各种类型的发光光源将光功率发射到一根特定的光纤中（相对于目前的光源而言），以及如何将光功率从一根光纤耦合到另外一根光纤中去（相对于目前绝大多数光纤器件而言）。对于任一光纤系统而言，主要的目的是为了在最低损耗下，引入更多能量进入系统。这样可以使用较低功率的光源，减少成本和增加可靠度，因为光源是不能工作在接近其最大功率状态的。 光学耦合系统的1dB失调容差定义为当耦合系统与半导体激光器之间出现轴向、横向、侧向和角向偏移，从而使得耦合效率从最大值下降了1dB时的位置偏移量。1dB失调容差对于实用化的光学耦合系统来说是一个重要的衡量指标．因为任何半导体激光器组件中都存在如何将耦合系统与半导体激光器芯片相对固定(封装)的问题，不论采用何种固定方式，都不可避免地存在由于封装技术不完善及环境因素变化而造成的位置失调现象。一个光学耦合系统具有效大的失调容差就意味着该系统在封装时允许出现较大的位置失调．因而可以来用结构简单、定位精度不太高的低成本封装技术。 光纤系统中，必须考虑光源的辐射空间分布（角分布）、发光面积，光纤的数值孔径、纤芯尺寸和光纤的折射率剖面等等，使尽可能多的光能量进入光纤当中。对于耦合系统，通常要求具有以下几个特点： 1. 大的1dB容差。大的容差是工业生产的一个基本条件，容差越大，才可能产量越大，成本越低。 2. 弱的光反馈。目前低成本光源一般不配置隔离器，所以对于耦合系统来说，弱的光反馈意味着光源的稳定性的提高。 3. 简单易操作、耦合效率高、稳定。 实验七 光信号的空间频谱与空间滤波 一个光信号与它的频谱是同一事物在两个空间的表现，光信号分布于坐标空间，而它的频谱存在于频率空间。由信号到频谱可以通过透镜(欲获得准确的变换，当然不是一般的透镜所能凑效的)来实现。阿贝成像理论以及阿贝—波特实验告诉人类：可以通过对信号的频谱进行处理(滤波)来达到对信号本身作相应处理的目的。这正是现代光学信息处理最基本的思想和内容。 空间频谱与空间滤波实验是信息光学中最典型的基础实验，通过实验有助于加深对现代光学中的一些基本概念和基本理论的理解，如空间频率、空间频谱、空间滤波等。 通过实验还可以验证阿贝成像理论，理解透镜成像的物理过程，进而掌握光学信息处理的实质，通过阿贝成像原理，也可以进一步了解透镜孔径对分辨率的影响。 一、实验目的 1.了解信号与频谱的关系以及透镜的傅里叶变换功能； 2.掌握现代成像原理和空间滤波的基本原理，理解成像过程中“分频”和“合成”的作用； 3.掌握光学滤波技术，观察各种光学滤波器产生的滤波效果，加深对光学信息处理基本思想的认识。 二、实验原理 1. 光学信号的傅里叶频谱 设有一个空间二维函数，则其二维傅里叶变换为 ),(y x g ∫∞ +?=dxdy e y x g f f G y f x f j y x y x ) (2),(),(π （1） 式中和分别是x f y f x 和方向的空间频率，是的逆傅里叶变换，即 y ),(y x g ),(y x f f G y x y f x f j y x df df e f f G y x g y x ∫∞ +=) (2),(),(π （2） 式（2）可以理解为：任意一个空间函数可以表示为无穷多个基元函数的线形叠加。 是相应于空间频率的基元函数的权重，称为的空间频谱。 ),(y x g ) ,(2y f x f i y x e πy x y x df df f f G ),(y x f f ,),(y x f f G ),(y x g 利用瑞利-索末非公式可以推导出，如果在焦距为F 的会聚透镜的前焦面上放上一振幅透过率为 的图象作为物，并且用波长为λ的单色平面波垂直照明该物，则在透镜后焦面上的复振幅 分布就是的傅里叶变换，其中空间频率与的关系为： ),(y x g )','(y x ),(y x g ),(y x f f G y x f f ,','y x x x f F λ′= ， y y f F λ′= 所以面称为频谱面。由此可见，复杂的二维傅里叶变换可以用一透镜来实现，称为光学傅里叶变换，频谱面上的光强分布，也就是夫琅和费衍射图样。 )','(y x 2. 阿贝成像理论 阿贝（E.Abbe）在1837年提出了相干光照明下的显微镜成像原理。即显微镜成像可以分成两个步骤：第一步是通过物的衍射光在物镜的后焦面上形成一个衍射图（空间频谱），这是衍射所引起的“分频”作 实验一：单镜头设计(Singlet) 实验目的： 1、学习如何启用Zemax 2、学习如何输入波长（wavelength）、镜头数据（lens data） 3、学习如何察看系统性能（optical performance），如ray fan，OPD，点列图（spot diagrams）， MTF等。 4、学习如何定义thickness solve以及变量（variables） 5、学习如何进行优化设计（optimization） 实验仪器：微机、zemax光学设计软件 实验步骤： 1、设计一个孔径为F/4的单镜头，物在光轴上，其焦距（focal length）为100mm，波长为可见光， 用BK7玻璃为材料。 2、首先运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，然后点击lens data editor(LDE)。什么是LDE呢？它 是你要的工作场所，在LDE的扩展页上，可以输入选用的玻璃，镜片的radius，thickness，大小，位置等。 3、然后输入波长，在主菜单的system下，点击wavelengths，弹出波长数据对话框wavelength data， 键入你要的波长，在第一行输入0.486，它是以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。在第 二、三行键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.587的位置，primary wavelength 主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。 4、确定透镜的孔径大小。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形 成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture 就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，aperture type里选择entrance pupil，在apervalue上键入25，然后点击ok。 5、回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源， STO即孔径光阑aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面(surface)，于是点击IMA栏，选取insert，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 6、输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接键入BK7即可。 7、孔径的大小为25mm，则第一镜面合理的thickness为4，在STO列中的thickness栏上直接键入4。 Zemax的默认单位是mm 8、确定第1及第2镜面的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为 负值。再令第2面镜的thickness为100。 信息光学实验实验讲义 华南师范大学 信息光电子科技学院 信息光学实验 目录 实验一、透射型全息图的拍摄与再现....................................... II-3实验二、像全息图的拍摄与再现.............................................. II-9实验三、阿贝—波特成像及空间滤波..................................... II-12 实验四、调制实验........................................................... I I-16 全息照相又称全息术，是英国科学家Gabor 1947年为提高电子显微镜的分辨率提出并实现的物理思想。由于需要相干性良好的光源，直至60年代初激光的出现和Leith、Upatnieks提出离轴全息术后，全息术的研究才进入了实用和昌盛的研究阶段，成为现代光学的一个重要分支。Gabor因提出全息术的思想而获得1971年诺贝尔物理学奖。 全息术是利用光的干涉，将物体发出的光波以干涉条纹的形式记录下来，并在一定条件下，用光的衍射原理使其再现。由于用干涉方法记录下的是物体明暗、远近和颜色的全部信息，可以形成与原物体逼真的三维图像，因此称为全息术或全息照相。 经过科学家们近40年的努力，全息术在技术和记录材料方面都有了快速的发展。在应用方面，全息术不仅作为一种显示技术得到了很大的发展，而且在信息存贮和处理、检测、计量、防伪、光学图像实时处理、光学海量存贮、光计算和制作有特殊功能的全息光学元件等方面都有广泛的应用。 实验一、透射型全息图的拍摄与再现 一、实验目的 1.学习和掌握透射型全息照相的基本原理； 2.通过实验了解和掌握透射型全息照相基本技术； 3.了解和掌握透射型全息图的激光再现方法； 4.通过实验了解全息照相的特点； 5.进一步加深对光波复振幅、波前及共轭光波的理解。 二、实验仪器和实验材料 1.防振平台， 2.氦—氖激光器， 3.分束镜、反射镜、扩束镜、支架、干板夹等， 4.全息干板， 5.显影、定影液及显影、定影器具。 信息光学原理结课论文 学院：物理与电子工程学院 专业：电子科学与技术 学号：5411110101 xx 姓名：xxx 光学器件CCD发展及应用 【摘要】：CCD英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：耦合元件。可以称为CCD,也叫图像控制器。CCD是一种，能够把影像转化为。上植入的微小光敏物质称作（Pixel）。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把光信号转换成电荷信号。CCD上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。此外，CCD还是蜂群崩溃混乱症的简称。 【关键词】：CCD 光学器件电压检测应用 CCD广泛应用在数码摄影、天文学，尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜和高速摄影技术，如Lucky imaging。CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵CCD，即包括x、y两个方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性CCD，它只有x一个方向，y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。 CCD是于1969年由美国贝尔实验室（Bell Labs）的维拉·波义耳(Willard S. Boyle）和乔治·史密斯（GeorgeE. Smith）所发明的。当时贝尔实验室正在发展影像电话和半导体气泡式内存。将这两种新技术结合起来后，波义耳和史密斯得出一种装置，他们命名为“电荷‘气泡’元件”（Charge "Bubble" Devices）。这种装置的特性就是它能沿着一片半导体的表面传递电荷，便尝试用来做为记忆装置，当时只能从暂存器用“注入”电荷的方式输入记忆。但随即发现光电效应能使此种元件表面产生电荷，而组成数位影像。到了70年代，贝尔实验室的研究员已经能用简单的线性装置捕捉影像，CCD就此诞生。有几家公司接续此一发明，着手进行进一步的研究，包括快捷半导体（Fairchild Semiconductor）、美国无线电公司（RCA）和德州仪器（Texas Instruments）。其中快捷半导体的产品领先上市，于1974年发表500单元的线性装置和100x100像素的平面装置。 以上为CCD发展历程： HAD(HOLE-ACCUMULATION DIODE)传感器[1] 是在N型基板，P型，N+2极体的表面上，加上正孔蓄积层，这是SONY独特的构造。由于设计了这层正孔蓄积照明光学知识
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