光学基础知识
光学基础学习报告
一、教学内容：
光电镜头是用来作为光电接收器（CCD,CMOS）的光学传感器元件。
光学特性参数：
1、焦距EFL（学名f’）
是指主面到相应焦点的距离（如图1.1）
图1.1
每个镜片都有前后两个主面－前主面和后主面（放大率为1的共轭面）。相应的也有两个焦点－前焦和后焦。
凸透镜：双凸；平凸；正弯月（如图1.1）
图1.2
凹透镜：双凹；平凹；负弯月
图1.3
折射率实际反映的是光在物质中传播速度与真空中速度的比值关系。 薄透镜：)]1()1[()1('12
1R R n f -?-==
Φ Φ—透镜光焦距；
f ’—焦距； n —折射率；
R 1,R 2－两球面曲率半径
厚透镜：2
1221)1()]1()1[()1('1R nR d
n R R n f -+
-?-==Φ d －中心厚度
干涉仪与光距座可以量测f ’,R1,R2,d →利用上述的公式可以计算出n 值，从而来确定所用材料。
A 、 EFL 增加，TOTR （光学总长）增加；要降低TOTR 就必须降低EFL ，但EFL 降低，
像高就要降低
B 、 EFL 与某些象差相关
C 、 EFL 上升将使F/NO 增大
D 、 EFL ，FOV （视场角）和IMA （像高）三者间有关系
tanFOV
?=EFL IMA －铁三角关系
EFL 的增大（减小）会使像高变大（小），为了保持像高，就必须要增大（减小）FOV ，然而FOV 的增大会使得REL （相对照度）的数值增大。 2、 BFL 后焦距（学名后截距）
图2.1
3、 F 数（F/NO ）
D
f NO F '/=
f ’－FEL
D 入－入瞳直径
入瞳为光阑经其前方光学镜片所成的像，反映进入光学系统的光线 A 、 与MTF 相关，F/NO ↑，则MTF ↑；反之下降 B 、 与景深相关，F/NO ↑，则景深↑，反之下降 C 、 与象差相关，F/NO ↑，则象差↓，反之增加 D 、 与光通量相关，F/NO ↑，则光通量↓，反之增加
对于光电镜头，F/NO 最大在2.8～3.5之间（经验值）允许有±5%的误差，在物方有照
明时，F数可根据照明的照度情况来增大
4、视场角FOV（2ω），半视场角FOC/2（ω）
物镜在其接收元件上成像的空间范围称为视场角。其一半为半视角，最佳在55°（经验值）左右。
y’＝f’×tanω
A、FOV与象差相关，FOV↑，轴外象差↑，MTF↓（变得很差）
B、FOV与相对照度REL相关，FOV↑，相对照度REL↓
C、FOV与主光线角度相关，FOV↑，主光线角度要变大
D、FOV与EFL,TOTR和IMA相关
E、FOV与DIST畸变相关，FOV↑，畸变迅速增大
像高由sensor对角线的长度来决定（如图5.1）
OA=OB=IMA/2
AB=IMA
A、像高与EFL,FOV有关；sensor确定之后，IMA就确定
了，根据铁三角关系公式EFL和FOV只能给定一个，
如果SPEC图给定的数值不符合铁三角关系，工程师不
可能按SPEC完成设计工作，即使勉强完成结果也不理
想。
B、IMA与光线角度相关
C、IMA与TOTR相关
6、光学总长TOTR:
图6.1
光学系统的最佳光学总长：TOTR=25~35mm,TOTR越短越难控制，相差越大
手机：TOTR<7mm
DSC：TOTR<10~12mm
7、相对照度：
E=E轴×cos4ω=E轴×cos4（FOV/2）
A、REL与FOV相关
B、REL与主光线角度相关
C、REL与EFL,TOTR和IMA间接相关
要提高E就要增大轴外相差从而使得光照均衡
主光线角：主光线是物发出经过孔径光阑轴心的光线，有无数条。此光线与光轴的夹角
即为主光线角。如图7.1中是两条边缘主光线，θ为主光线角。
要求物边缘在象场与光轴夹角θ越小，为了达到这种目的，要将光学系统设计成为象方远心光路，即光阑前面是负透镜组，后面正透镜。为了平衡正组的相差光阑放置在正组透镜的前焦点上。
8、 光学透镜结构（图8.1）
图8.1
孔径光阑：限制进入光学系统的光通量， 低通滤波片：低频光完全通过，高频光截止 IR ：红外截止，一般采用晶体制作 需要指出的就是：对于非球面
1) 通过调节解决球差
2) 在一定条件下，解决象散
一定条件是指和光阑位置配合地好，近光阑解决轴上象差，远处光阑解决轴外象差 9、 新技术－技术发展趋势
1) 二元光学：可以消除色差和球差，相对照度在视场重100％，MTF
值也提高，不过制
造的成本比较高 2) 液体透镜：
通过对特殊材料做成地液体通电，使得液体外型发生改变，效果就实现类似眼睛的调节方式。
二、心得体会：
温故而知新，通过张教授生动的授课强化了我在学校中学习的光学基础知识，加上张教授联系实际深入浅出的解释，让我了解到了光学知识与现实之间的关系。我本身虽学习过整个光学体系，但比较理论化，加上张教授的写实版授课，能帮助我更快的进入工作角色，更快地学以致用。我的工作发展方向是模具设计，但光学理论可以帮助我更好地完成平时的工作。
(工程光学基础)考试试题库1
1．在单缝衍射中，设缝宽为a ，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e 暗=f a λ ' ， 条纹间距同时可称为线宽度。 2．当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转15°角，则反射光线将转动 30° 角。 3．光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d ， 折射率为n ，则在近轴入射时，轴向位移量为1 (1)d n - 。 4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射 。 5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。n e 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， 工程光学基础学习报告 ——典型光学系统之显微镜系统 由于成像理论的逐步完善，构成了许多在科学技术和国民经济中得到广泛应用的光学系统。为了观察近距离的微小物体，要求光学系统有较高的视觉放大率，必须采用复杂的组合光学系统，如显微镜系统。 ●显微镜的介绍 显微镜是由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，是人类进入原子时代的标志。主要用于放大微小物体成为人的肉眼所能看到的仪器。光学显微镜是在1590年由荷兰的詹森父子所首创。现在的光学显微镜可把物体放大1600倍，分辨的最小极限达0.1微米，国内显微镜机械筒长度一般是160mm。列文虎克，荷兰显微镜学家、微生物学的开拓者。 显微镜是人类这个时期最伟大的发明物之一。在它发明出来之前，人类关于周围世界的观念局限在用肉眼，或者靠手持透镜帮助肉眼所看到的东西。 显微镜把一个全新的世界展现在人类的视野里。人们第一次看到了数以百计的“新的”微小动物和植物，以及从人体到植物纤维等各种东西的内部构造。显微镜还有助于科学家发现新物种，有助于医生治疗疾病。 ●显微镜的分类 显微镜以显微原理进行分类可分为光学显微镜与电子显微镜，而我们课堂上讲的是光学显微镜。 ●显微镜的结构 普通光学显微镜的构造主要分为三部分：机械部分、照明部分和光学部分。 ◆机械部分 （1）镜座：是显微镜的底座，用以支持整个镜体。 （2）镜柱：是镜座上面直立的部分，用以连接镜座和镜臂。 （3）镜臂：一端连于镜柱，一端连于镜筒，是取放显微镜时手握部位。 （4）镜筒：连在镜臂的前上方，镜筒上端装有目镜，下端装有物镜转换器。 （5）物镜转换器(旋转器)简称“旋转器”：接于棱镜壳的下方，可自由转动，盘上有3－4 个圆孔，是安装物镜部位，转动转换器，可以调换不同倍数的物镜，当听到碰叩声时，方可进行观察，此时物镜光轴恰好对准通光孔中心，光路接通。转换物镜后，不允许使用粗调节器，只能用细调节器，使像清晰。 （6）镜台(载物台)：在镜筒下方，形状有方、圆两种，用以放置玻片标本，中央有一通光孔，我们所用的显微镜其镜台上装有玻片标本推进器(推片器)，推进器左侧有弹簧夹，用以夹持玻片标本，镜台下有推进器调节轮，可使玻片标本作左右、前后方向的移动。 （7）调节器：是装在镜柱上的大小两种螺旋，调节时使镜台作上下方向的移动。 ①粗调节器(粗准焦螺旋)：大螺旋称粗调节器，移动时可使镜台作快速和较大幅度的升降，所以能迅速调节物镜和标本之间的距离使物象呈现于视野中，通常在使用低倍镜时，先用粗调节器迅速找到物象。 ②细调节器(细准焦螺旋)：小螺旋称细调节器，移动时可使镜台缓慢地升降，多在运用高倍 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 《工程光学基础》考试大纲 主要参考书目 1．工程光学基础教程，郁道银，谈恒英，机械工业出版社，2008 2．工程光学（第4版），郁道银，谈恒英，机械工业出版社，2016 考试内容和考试要求 一、几何光学基本定律与成像概念 考试内容： 1、几何光学基本定律 2、成像基本概念与完善成像 3、近轴光学系统 考试要求： 1、掌握光学基本定律及几何光学基本概念 2、掌握成像概念与完善成像条件 3、掌握近轴光线及成像特点、掌握光轴光线成像计算 二、理想光学系统 考试内容 1、理想光学系统的基点与基面 2、理想光学系统的物像关系 3、理想光绪系统的放大率 4、理想光学系统的组合 考试要求： 1、掌握理想光学系统的基点与基面概念 2、掌握理想光学系统的求物像关系（作图法与计算法） 3、掌握理想光绪系统的放大率概念与相关计算 4、理解理想光学系统的组合方法及计算 三、平面系统 考试内容 1、平面镜成像 2、平行平板 3、反射棱镜 4、折射棱镜与光楔 考试要求： 1、掌握平面镜成像规律 2、掌握平行平板成像规律 3、掌握反射棱镜成像与成像方向判断 4、了解折射棱镜与光楔传光特性 四、光学系统中的光阑和光束限制 考试内容 1、光阑 2、照相系统中的光阑 3、望远镜系统中成像光束的选择 4、显微镜系统中的光束限制与分析 考试要求： 1、掌握光阑的分类及作用 2、掌握照相系统中光束限制分析 3、掌握望远镜系统中成像光束分析方法 4、掌握显微镜系统中的光束限制与分析 五、光度学 考试内容 1、辐射量与光学量及其单位 2、光传播过程中光学量的变化规律 3、成像系统像面的光照度 考试要求： 1、掌握光学量及其单位 2、理解光传播过程中光学量的变化规律 3、理解成像系统像面的光照度的计算 六、典型光学系统 考试内容 1、眼睛及其光学系统 第一章 几何光学基本定律 1. 已知真空中的光速c ＝38 10?m/s ，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n ＝1.65时，v=1.82 m/s ， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s ， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s 。 2. 一物体经针孔相机在 屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x ，则可以根据三角形相似得出： ,所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm 。 3. 一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n =1.5），下面放一直径为1mm 的金属片。若在玻璃板上盖一圆形的纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片的最小直径应为多少？ 2211sin sin I n I n = 66666.01 sin 2 2== n I 745356.066666.01cos 22=-=I 1mm I 1=90? n 1 n 2 200mm L I 2 x 88.178745356 .066666 .0* 200*2002===tgI x mm x L 77.35812=+= 4.光纤芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ，求光纤的数值孔径（即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n 0sinI 1=n 2sinI 2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有： (2) 由（1）式和（2）式联立得到n 0 . 5. 一束平行细光束入射到一半径r=30mm 、折射率n=1.5的玻璃球上，求其会聚点的位置。如果在凸面镀反射膜，其会聚点应在何处？如果在凹面镀反射膜，则反射光束在玻璃中的会聚点又在何处？反射光束经前表面折射后，会聚点又在何处？说明各会聚点的虚实。 解：该题可以应用单个折射面的高斯公式来解决， 设凸面为第一面，凹面为第二面。 （1）首先考虑光束射入玻璃球第一面时的状态，使用高斯公式： 会聚点位于第二面后15mm 处。 （2） 将第一面镀膜，就相当于凸面镜 光学基础知识66196 光学基础学习报告 一、教学内容： 光电镜头是用来作为光电接收器（CCD,CMOS）的光学传感器元件。 光学特性参数： 1、焦距EFL（学名f’） 是指主面到相应焦点的距离（如图1.1） 图1.1 每个镜片都有前后两个主面－前主面和后主面（放大率为1的共轭面）。相应的也有两个焦点－前焦和后焦。 凸透镜：双凸；平凸；正弯月（如图1.1） 图1.2 凹透镜：双凹；平凹；负弯月 图1.3 折射率实际反映的是光在物质中传播速度与真空中速度的比值关系。 薄透镜：)]1()1[()1('12 1R R n f -?-== Φ Φ—透镜光焦距； f ’—焦距； n —折射率； R 1,R 2－两球面曲率半径 厚透镜：2 1221)1()]1()1[()1('1R nR d n R R n f -+ -?-==Φ d －中心厚度 干涉仪与光距座可以量测f ’,R1,R2,d →利用上述的公式可以计算出n 值，从而来确定所用材料。 A 、 EFL 增加，TOTR （光学总长）增加；要降低TOTR 就必须降低EFL ，但EFL 降低，像高就要降低 B 、 EFL 与某些象差相关 C 、 EFL 上升将使F/NO 增大 D 、 EFL ，FOV （视场角）和IMA （像高）三者间有关系 tanFOV ?=EFL IMA －铁三角关系 EFL 的增大（减小）会使像高变大（小），为了保持像高，就必须要增大（减小）FOV ，然而FOV 的增大会使得REL （相对照度）的数值增大。 2、BFL 后焦距（学名后截距） 图2.1 3、F 数（F/NO ） D f NO F '/= f ’－FEL D 入－入瞳直径 入瞳为光阑经其前方光学镜片所成的像，反映进入光学系统的光线 A 、 与MTF 相关，F/NO ↑，则MTF ↑；反之下降 B 、 与景深相关，F/NO ↑，则景深↑，反之下降 C 、 与象差相关，F/NO ↑，则象差↓，反之增加 D 、 与光通量相关，F/NO ↑，则光通量↓，反之增加 对于光电镜头，F/NO 最大在2.8～3.5之间（经验值）允许有±5%的误差，在物方有照明时，F 数可根据照明的照度情况来增大 4、视场角FOV （2ω），半视场角FOC/2（ω） 1．在单缝衍射中，设缝宽为a ，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e 暗=f a λ ' ， 条纹间距同时可称为线宽度。 2．当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转15°角，则反射光线将转动 30° 角。 3．光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d ，折射率为n ，则在近轴入射时，轴向位移量为1 (1)d n - 。 4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射 。 5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。n e 光学基础学习报告 一、教学内容： 光电镜头是用来作为光电接收器（CCD,CMOS）的光学传感器元件。 光学特性参数： 1、焦距EFL（学名f’） 是指主面到相应焦点的距离（如图1.1） 图1.1 每个镜片都有前后两个主面－前主面和后主面（放大率为1的共轭面）。相应的也有两个焦点－前焦和后焦。 凸透镜：双凸；平凸；正弯月（如图1.1） 图1.2 凹透镜：双凹；平凹；负弯月 图1.3 折射率实际反映的是光在物质中传播速度与真空中速度的比值关系。 薄透镜：)]1()1[()1('12 1R R n f -?-== Φ Φ—透镜光焦距； f ’—焦距； n —折射率； R 1,R 2－两球面曲率半径 厚透镜：2 1221)1()]1()1[()1('1R nR d n R R n f -+ -?-==Φ d －中心厚度 干涉仪与光距座可以量测f ’,R1,R2,d →利用上述的公式可以计算出n 值，从而来确定所用材料。 A 、 EFL 增加，TOTR （光学总长）增加；要降低TOTR 就必须降低EFL ，但EFL 降低， 像高就要降低 B 、 EFL 与某些象差相关 C 、 EFL 上升将使F/NO 增大 D 、 EFL ，FOV （视场角）和IMA （像高）三者间有关系 tanFOV ?=EFL IMA －铁三角关系 EFL 的增大（减小）会使像高变大（小），为了保持像高，就必须要增大（减小）FOV ，然而FOV 的增大会使得REL （相对照度）的数值增大。 2、 BFL 后焦距（学名后截距） 图2.1 3、 F 数（F/NO ） D f NO F '/= f ’－FEL D 入－入瞳直径 入瞳为光阑经其前方光学镜片所成的像，反映进入光学系统的光线 A 、 与MTF 相关，F/NO ↑，则MTF ↑；反之下降 B 、 与景深相关，F/NO ↑，则景深↑，反之下降 二、学习要求 1、知道有关光的本性的认识发展过程：知道牛顿代表的微粒、惠更斯的波动说一直到光的波粒二象性这一人类认识光的本性的历程，懂得人类对客观世界的认识是不断发展不断深化的。 2、知道光的干涉：知道光的干涉现象及其产生的条件；知道双缝干涉的装置、干涉原理及干涉条纹的宽度特征，会用肥皂膜观察薄膜干涉现象。知道光的衍射：知道光的衍射现象及观察明显衍射现象的条件，知道单缝衍射的条纹与双缝干涉条纹之间的特征区别。 3、知道电磁场，电磁波：知道变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，变化的磁场与变化的磁场交替产生形成电磁场；知道电磁波是变化的电场和磁场——即电磁场在空间的传播；知道电磁波对人类文明进步的作用，知道电磁波有时会对人类生存环境造成不利影响；从电磁波的广泛应用认识科学理论转化为技术应用是一个创新过程，增强理论联系实际的自觉性。知道光的电磁说：知道光的电磁说及其建立过程，知道光是一种电磁波。 4、知道电磁波波谱及其应用：知道电磁波波谱，知道无线电波、红外线、紫外线、X 射线及γ射线的特征及其主要应用。 5、知道光电效应和光子说：知道光电效应现象及其基本规律，知道光子说，知道光子的能量与光学知识点其频率成正比；知道光电效应在技术中的一些应用 6、知道光的波粒二象性：知道一切微观粒子都具有波粒二象性，知道大量光子容易表现出粒子性，而少量光子容易表现为粒子性。 光的直线传播．光的反射 二、光的直线传播 1．光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C ＝3×108m/s ； 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 v 1在单缝衍射中，设缝宽为 a ，光源波长为入，透镜焦距为f 则其衍射暗条纹间距 e 暗=f±，条纹间 a 距同时可称为线宽度。 2. 当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转 15 °角，则反射光线 将转动 30 ° 角。 3?光线通过平行平板折射后出射光线方向 —不变 _____ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为 d ,折射 1 率为n ,则在近轴入射时，轴向位移量为 d （1 ）。 n 4?在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲 涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射。 5.光轴是晶体中存在的特殊方向 ，当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。 n e 光学知识 目录 （一）光照度 一、定义 光照度，即通常所说得勒克司度（lux），表示被摄主体表面单位面积上受到的光通量。1勒克司相当于1流明/平方米，即被摄主体每平方米的面积上，受距离一米、发光强度为1烛光的光源，垂直照射的光通量。光照度是衡量拍摄环境的一个重要指标。 二、计算 室内照明利用系数法计算平均照度： 在平时做照度计算时，如果我们已知利用系数“CU”，则可以方便的利用一个经验公式进行快速计算，求出我们想要的室内工作面的平均照度值。我们通常把这种计算方法称为“利用系数法求平均照度”，也叫流明系数法。 照度计算有粗略地计算和精确地计算2种。例如，假设像住宅那样整体照度应该在100勒克斯(lx)的情况，而即使是90勒克斯(lx)也不会对生活带来很大的影响。但是，如果是道路照明的话,情况就不同了。假设路面照度必须在20勒克斯(lx)的情况下，如果是18勒克斯(lx)的话，就有可能造成交通事故频发。商店也是一样，例如，商店的整体最佳照度是500勒克斯(lx)，由于用600勒克斯(lx)的照度,所以,照明灯具数量和电量就会增加,并在经济上造成影响。无论是哪一种照度计算都是重要的。虽然只是粗略地估算,也会有20%-30%的误差。所以建议在一般情况下最好采用专业的照明设计软件进行精确模拟计算，将误差控制在最小范围内。 但有时我们由于情况特殊或场地条件所限，而不能采用照明软件模拟计算时，在计算地板、桌面、作业台面平均照度可以用下列基本公式进行，略估算出灯具照度(勒克斯lx)=光通量(流明lm)/面积(平方米m^2) 即平均1勒克斯(lx)的照度,是1流明(lm)的光通量照射在1平方米(m^2)面积上的亮度。 用这种方法求房间地板面的平均照度时,在整体照明灯具的情况下,可以用下列公式进行计算。 平均照度(Eav)= 单个灯具光通量Φ×灯具数量(N)×空间利用系数(CU)×维护系数(K)÷地板面积(长×宽) 公式说明： 1、单个灯具光通量Φ，指的是这个灯具内所含光源的裸光源总光通量值。 2、空间利用系数(CU)，是指从照明灯具放射出来的光束有百分之多少到达地板和作业台面,所以与照明灯具的设计、安装高度、房间的大小和反射率的不同相关,照明率也随之变化。如常用灯盘在3米左右高的空间使用，其利用系数CU可取之间；而悬挂灯铝罩，空间高度6--10米时，其利用系数CU取值范围在；筒灯类灯具在3米左右空间使用，其利用系数CU可取；而像光带支架类的灯具在4米左右的空间使用时，其利用系数CU可取。以上数据为经验数值，只能做粗略估算用，如要精确计算具体数值需由公司书面提供，相关参数，在此仅做参考。 3、是指伴随着照明灯具的老化，灯具光的输出能力降低和光源的使用时间的增加，光源发生光衰;或由于房间灰尘的积累，致使空间反射效率降低，致使照度降低而乘上的系数.一般较清洁的场所,如客厅、卧室、办公室、教室、阅读室、医院、高级品牌专卖店、艺术馆、博物馆等维护系数K取；而一般性的商店、超市、营业厅、影剧院、机械加工车间、车站等场所维护系数K取；而污染指数较大的场所维护系数K则可取到左右。 利用系数法 此方法用于计算平均照度 (光源光通量)(CU)(MF) /照射区域面积 光学基本知识 第一章光的基本单位 第一节光是电磁波 电磁波是一个大家族。宇宙射线、γ射线、χ射线、紫外线、可见光、红外线，以及雷达、电视广播、调频广播、中短波广播、电力传输等都是电磁波这个大家族中的成员。 在电磁波这个家族中，是按波长（或频率）来区分它们的。波长（或频率）不同，它们的性质也就不同。在上述排列中，宇宙射线的波长最短，电力传输的波长最长。可见光的波长范围是从380nm到780nm。nm（纳米）是长度单位，一纳米等于十亿分之一米，即1nm=10-9m。在可见光范围内，波长不同，其颜色也不相同。波长从380nm到780nm，它们的颜色分别是紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。波长比380nm再短的电磁波是看不见的，因为它们在紫光的“外边”，因此，它们叫紫外线。同样的道理，波长比780nm更长的电磁波也是看不见的，它们叫红外线。 第二节光的基本单位 一、光通量 光通量也叫发光通量，它是光源在单位时间内向空间发射出的能使人产生光感的辐射能通量。 二、发光强度 光源在单位球面度内所发出的光通量即发光强度。它是光功率的空间密度。它的单位是cd（坎得拉），符号为I。 三、照度 照度是单位被照面上所得到的光通量，单位是Lx（勒克斯），符号是E。 表1.3.1常见的照度值 四、亮度 在给定方向上的发光强度与发光面积在此方向上的投影面积之比即光源的亮度。单位是nt（尼特），符号是L。 五、光源的发光效率 光源所发出的光通量与该光源所消耗的电功率的比值称为该光源的发光效率，简称光源的光效。 六、光源的寿命 光源的寿命分为全寿命和有效寿命两种。 光源从点燃开始到寿终的全部累计点燃时间称为光源的全寿命。而光源从点燃开始到发光效率下降到初始值的70%时的累计点燃时间称为该光源的有效寿命。 十六、光的反射和折射（几何光学） 1. 折射率(光从真空中到射介质中)n ＝______＝________＝________ 2．全反射：1)光从介质中进入真空或空气中时发生全反射的临界角C ：sinC ＝______ 2)全反射的条件：光___介质射入光___介质；入射角______或______临界角 注:(1)平面镜反射成像规律:成______、______的___像,像与物沿平面镜______； *(2)三棱镜折射成像规律:成___像,出射光线向______偏折,像的位置向______偏移； (3)光导纤维是光的________的实际应用。 (4)白光通过三棱镜发生色散规律：紫光靠近______出射。 *3、入射光线方向不变时，平面镜转过α角，反射光线转过2α角 4、①可见光的颜色由频率决定；光的频率由光源决定，不随介质改变； ②在真空中各种色光速度相同（c=3 x 108 m/s ）；在介质中光速跟光的频率和折射率有关。 十七、光的本性（光既有______性,又有______性,称为光的波粒二象性） 1.两种学说:微粒说(牛顿)、波动说(惠更斯) 2．双缝干涉:中间为___条纹；亮条纹位置:△S ＝n λ； 暗条纹位置:△S ＝(2n+1)λ/2（n ＝0,1,2,3,、、、）； 相邻两干涉条纹的宽度 λ?d L x = ，增透膜厚度 介λ41=d 干涉条件：两光的频率相同 3.光的颜色由光的______决定,光的频率由 ______决定,与介质___关,光的传播速度与介质___关， *4.薄膜干涉:增透膜的厚度是绿光在薄膜中波长的______,即增透膜厚度d ＝______ 5. 光的偏振：光的偏振现象说明光是___波 6. 光的电磁说：光的本质是一种________。 电磁波谱(按波长从___到___排列): 。 红外线、紫外、线伦琴射线的发现和特性、产生机理、实际应用 7.光电效应规律： ① 条件v >v 0 ②t<10-9s ③光电子的最大初动能W hv mv m -=22 1（逸出功W=h v 0） ④光电流强度与入射光强度成正比 光子说,一个光子的能量E ＝______ 注:(1)要会区分光的干涉和衍射产生原理、条件、图样及应用,如双缝干涉、薄膜干涉、单缝衍射、圆孔衍射、 圆屏衍射等； (2)其它相关内容:光的本性学说发展史 / 泊松亮斑 / 光电效应的规律 光子说 / 光电管及其应用 / 光的波粒二象性 / 激光 / 物质波。 （3）薄膜干涉是薄膜的前后两表面的反射光叠加的结果 （4）光现象：光的反射（全反射）、折射（色散）、干涉、衍射、光电效应 十八、原子和原子核 1.α粒子散射实验结果: (a)______数的α粒子不发生偏转； (b)___数α粒子发生了较大角度的偏转； (c)______数α粒子出现大角度的偏转(甚至反弹回来) 2.原子核的大小：原子的半径约____m (原子的核式结构) 3．光子的发射与吸收：原子发生定态跃迁时,要辐射(或吸收)一定频率的光子:h ν＝E 初-E 末｛能级跃迁｝ 玻尔的氢原子模型：E n =E 1/n 2，r n =n 2r 1，hv=hc/λ=E 2-E 1，E 1=-13.6eV 4、天然放射现象： α射线（α粒子是________）、 β射线（____运动的______）、照明光学知识
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