常见光学基础概念
常用的光学基本概念
常用的光学基本概念
以下是一些常用的光学基本概念：
1. 光线：光的传播路径可以用光线来描述，光线是一个表示光传播方向的直线。
2. 光束：由许多光线组成的束称为光束，光束可以具有不同的形状和强度。
3. 反射：当光线遇到表面时，它会发生反射，即改变方向并离开表面。
4. 折射：当光线从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的密度不同，光线会改变方向，这个现象称为折射。
5. 光的传播速度：光在不同介质中的传播速度是不同的，一般来说，在空气中的光速约为每秒3.0×10^8米。
6. 光的波长：光是一种电磁波，具有波长的概念，波长决定了光的颜色，不同波长的光对应不同的颜色。
7. 光的频率：光的频率与波长有直接关系，频率越高，波长越短。
8. 光的干涉：当两个或多个光波相遇时，它们会产生干涉现象，干涉包括构造干涉和衍射干涉。
9. 光的衍射：光通过一个小孔或绕过障碍物时，会产生弯曲和扩散的现象，这种现象称为衍射。
10. 光的色散：当光通过透明介质时，不同波长的光会以不同的速度通过，导致光发生分离的现象。
这只是光学的一小部分基本概念，光学是一个非常广泛和复杂的领域，涉及到许多其他的概念和原理。
照明光学基础知识
眩眩光光
6、眩光：
由于视野中的亮度分布、亮度范围的不适宜或存在极端的亮度对
比，以致引起不舒适感觉或降低观察目标细部能力的视觉现象，统
称眩光。
眩光（刺眼）分为以下几种: a。失态眩光：由灯泡，灯具和窗外等高辉度光源或反射率的表面反射引起，能损害眼睛观察能力
b。不舒适眩光：引起眼睛的不舒适感，并随时间的推移而加重不舒适感 60°
光光通通量量，，照照度度
1、光通量 符号（Ф) 定义: 光源在单位时间内所发出可见光之
能量总和，亦称光束（∮) 单位: 流明（lm：lumen)
2、照度(光照度) (lumination) 符号（E） 定义:被照体单位面积上所受的光通量 单位:勒克斯(LUX)=流明/平方米 1lm的光通量均匀分布在1㎡的平面上所 产生的明亮度，其照度值为1lx。 照度：照度是用来测量亮度的单位
光光色色
8、光色 实际上就是色温 大致分为三大类： 暖色<3300K、中间色3300K~5000K、日光色>5000K， 由于光线中光谱组成有差别，因此即使光色相同，光的显色性也可能不同。 通常大部分光源设计集中在2700K~4300K及5800K~6700K两个色温位置。 例如：白炽灯的光色是暖色，其色温表示为2700K，
光光的的电电磁磁辐辐射射谱谱 能够引起人眼视觉部分380nm-780nm
各各种种颜颜色色光光谱谱分分布布
Royal Blue宝蓝或品蓝色 cyan青色，蓝绿色，青绿色，深蓝色 Amber琥珀色
Blue 蓝色 Green 绿色 red-orange 红橙色
光光的的颜颜色色和和波波长长
光的颜色是否可以看见是由它的波长决定， 光的波长是以纳米（nm）为单位 以下是光的颜色和它的波长： 中红外线红光：4600nm -1600nm --不可见光 低红外线红光：1300nm -870nm -- 不可见光
光学基础知识
光学加工基础知识§1 光学玻璃基本知识一. 基本分类和概念光学材料分类：光学玻璃、光学晶体、光学塑料三类。
玻璃的定义：不论化学成分和固化温度范围如何，一切由熔体过冷却所得的无定形体，由于粘度逐渐增加而具有固体的机械性质的，均称为玻璃。
光学玻璃分为冕牌K 和火石F 两大类，火石玻璃比冕牌玻璃具有较大的折射率nd 和较小的色散系数vd 。
二. 光学玻璃熔制过程将配合料经过高温加热,形成均匀的，高品质的，并符合成型要求的玻璃液的过程,称玻璃的熔制。
玻璃的熔制，是玻璃生产中很重要的环节.，玻璃的许多缺陷都是在熔制过程中造成的, 玻璃的产量、质量、生产成本、动力消耗、熔炉寿命等都与玻璃的熔制有密切关系。
混合料加热过程发生的变化有:物理过程配合料的加热，吸附水的蒸发，单组分的熔融，个别组分挥发.某些组分的多晶转变。
化学过程---- 固相反应，盐的分解，水化物分解，结晶水的排除，组分间的作用反应及硅酸盐的形成。
物理化学过程------ 低共熔物的组分和生成物间相互溶解,玻璃与炉气介质，耐火材料相互作用等。
上述这些现象的发生过程与温度和配合料的组成性质有关. 对于玻璃熔制的过程,由于在高温下的反应很复杂,尚待充分了解,但大致可分为以下几个阶段。
1. 加料过程硅酸盐的形成2. 熔化过程玻璃形成3. 澄清过程-----消除气泡4. 均化过程------消除条纹5. 降温过程——调节粘度6. 出料成型过程总之,玻璃熔制的每个阶段各有其特点，同时，它们又是彼此互相密切联系和相互影响的•在实际熔制中，常常是同时或交错进行的，这主要取决于熔制的工艺制度和玻璃窑炉结构特点。
三. 玻璃材料性能1 .折射率nd、色散系数vd根据折射率和色散系数与标准数值的允许差值，光学玻璃可以分为五类2. 光学均匀性光学均匀性指同一块玻璃中折射率的渐变。
玻璃直径或边长不大于150mm，用鉴别率比值法玻璃分类如表1-2。
1类或2类还应测星点。
光学基础
绝对辐射计 电校准绝对辐射计能测量辐射束的功率值，是一种重要的辐射度原 始标准。其基本原理如图所示， 接收面吸收入射辐射，并把它转化成热能， 使吸收体温度升高而引起某种物理效应(如温 差电动势)。
(
遮断辐射，向附着在吸收 体上的加热丝通电流，使 吸收体受热升温引起同等 的物理效应。 电加热所消耗的功率就接近接 收器吸收的辐射功率。通过反 射损失和光、加热不等效修正， 就可求得入射辐射束的功率值。 若接收器入射光阑孔的面积已知， 就可作为辐射照度标准，标定辐射源的辐射强度或辐射亮度，并 通过已经定标的辐射源来标定其他类型的辐射计。
瓦、波长为555纳米的单色辐射对三种视觉都具有683流明的光通量。
1979年第16届国际计量大会定义坎德拉： 12 坎德拉是发出频率540 10 赫兹辐射的光源在给定方向的发光强度，
此光源在该方向的辐射强度为1／683瓦每球面度。
一、基本概念
在光度学和辐射度学中，测量对象都是光学辐射，仅仅是所依据的 评价标准不同。常用的光度量和辐射度量如表1．2．1—1所示。
在黑体前面适当位置加一开口面积已知的光阑，就可计算一定距离的漫射板上辐 射照度的光谱密集度值。通过光谱测量系统，可以作为光谱辐射照度标准标定光 谱辐射照度标准灯在漫射板上产生的辐射照度的光谱密度值，作为次级标准(见 图1．2．1—6)在这种测量光路中，不用任何成像系统；而在光谱辐射亮度的测 量光路中， 必须使用成像系统，这是两者不同之处。一定温度的黑体仅在有限的 波长范围才能发出足够强的辐射。因此，为要建立不同波长范围的积分辐射度标 准和光谱辐射度标准，就需要有不同温度的黑体炉。在目前技术条件下，由高温 黑体炉所建立的光谱辐射度标准在短波方向只能达到250纳米。近十几年来，发 展了同步加速器辐射技术，可以作为从软X射线、真空紫外辐射、紫外辐射、可 见辐射、一直到近红外辐射的原始标准。
光学基本概念
4.辐射强度：点辐射源ห้องสมุดไป่ตู้某方向单位立体角内传送的辐射通量。
normalized illuminance-X(millimeters)
X(millimeters)-Y(millimeters)
照度均匀性：规定表面上的最小照度与平均照度之比。
U=60，R=85。
对人眼最敏感的555nm的黄绿光，1W=683lm——1W的功率全部转换成波长为555nm的光，为683lm。——最大的光转换效率。
Lux=lm/m^2
发光强度为1坎德拉的点光源，在单位立体角（1球面度）内发出的光通量为1流明。
球面度（符号sr）是立体角的国际单位。1球面度所对应的球面表面积为r^2，球总的表面积为4πr^2，因此整个球有4π个球面度。
1.照度：即光照强度，单位面积上所接受可见光的能量。单位——勒克斯(Lux或Lx).也为单位面积上的光通量。
2.发光强度：光源在指定方向的单位立体角内光通量的多少。单位——坎德拉（cd）。光强代表了光源在不同方向上的辐射能力。
3.光通量:人眼所能感觉到的辐射功率。单位——流明（lm）。单位时间到达、离开或通过曲面的光强度。
光学基本概念与实验手册
光的衍射与偏振
光的衍射
光在通过障碍物或小孔后，会在障碍物或小孔的边 缘发生弯曲，形成衍射现象。衍射是光波动性质的 又一重要表现。
光的偏振
光波是一个横波，它的振动方向垂直于传播方向。 偏振现象是指光在传播过程中，振动方向发生变化 的现象。偏振光具有特定的振动方向。
布儒斯特角实验
测量特定波长光在介质表面的布儒斯特角，了解光的反射和折射性 质。
椭圆偏振光实验
利用波晶片将线偏振光转换为椭圆偏振光，研究椭圆偏振光的性质 和应用。
05
光学在现代科技中的应用
Chapter
光学在通信技术中的应用
光纤通信
利用光的全反射原理，通过光纤传输信息，具有传输速度快、容 量大、抗干扰能力强等优点。
光学成像原理
几何光学成像
基于光的直线传播和反射、折射定律 ，研究光线在光学系统中的传播和成 像规律。
像差理论
分析光学系统成像误差的来源和性质 ，为光学设计和制造提供理论依据。
物理光学成像
考虑光的波动性质，如干涉、衍射等 现象，研究光在通过光学系统时的振 幅和相位变化对成像质量的影响。
02
几何光学基础
THANKS
感谢观看
衍射实验技术与方法
单缝衍射
单色光通过单缝后发生衍射，形成中央亮纹和两 侧明暗相间的衍射条纹。
光栅衍射
光通过具有等间距刻线的光栅后发生衍射，形成 多级衍射光谱。
晶体衍射
X射线在晶体中的衍射现象，用于分析晶体结构和 物质成分。
偏振实验技术与方法
马吕斯定律实验
通过旋转偏振片研究光的偏振现象，验证马吕斯定律。
光的基础知识
常用光学术语
常用光学术语 六、显色指数 定义：也可叫显色性，是光源对物体的显色能力的一个衡量指标。 符号：Ra *光源发射的光谱内容决定了光源的光色，光色可由几个或多个单色 的光波混成，这样不同光谱的光源，对特定颜色的物体显色性就有区别。 如：RGB混成的白光与连续的太阳光谱对比或蓝光加黄色荧光粉的对比 *可简单理解为显色指数是光源对物体真实颜色的还原程度。 *理想光源的显色指数为100。
光的基本概念 ➢可见光的频谱
日常生活中可以看到的光，我们称为可见光。波长范围是380nm7光8的0n传m播。需要媒介，在真空中的传播速度是3*108m/S 光的穿透力： 频率越低的波的穿透能力越强， 反之则越弱 红外线的频率比紫外线高 所以紫外线的穿透能力强一些。
光的基本概念
➢光源
定义：物理学上指能发出一定波长范围的电磁波（包括可见光与紫外 线、红外线、X光线等不可见光）的物体。
光的基本概念 ➢光源的分类 自然光：太阳光、荧火虫等。
人造光：电致发光、热致发光等。
电光源
光的基本概念
➢人与光 光合作用； 人接受外界的信息，有90%以上是通过眼睛视觉来完成的；
眼睛是一种光学系统，能够在视网膜上产生图像。 人的感观。根本上是人的视觉神经对不同波长的光束在大脑中 形成的不同映像。 不同的光束能量会反映出不同的色度、亮度等。
种类： 第一种是热效应产生的光，比如太阳光，此外蜡烛等物品也都一样， 此类光随着温度的变化会改变颜色。 第二种是原子发光，荧光灯灯管内壁涂抹的荧光物质被电磁波能量激 发而产生光，此外霓虹灯的原理也是一样。原子发光具有独自的基本色 彩。 第三种是同步加速器（synchrotron）发光，同时携带有强大的能量， 原子炉发的光就是这种，但是我们在日常生活中几乎没有接触到这种光 的机会。
光学基础知识焦点、弥散圆、景深概念与计算
先介绍几个概念：1、焦点(focus)与光轴平行的光线射入凸透镜时，理想的镜头应该是所有的光线聚集在一点后，再以锥状的扩散开来，这个聚集所有光线的一点，就叫做焦点。
2、弥散圆(circle of confusion)在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影象变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。
在现实当中，观赏拍摄的影象是以某种方式(比如投影、放大成照片等等)来观察的，人的肉眼所感受到的影象与放大倍率、投影距离及观看距离有很大的关系，如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力，在一定范围内实际影象产生的模糊是不能辨认的。
这个不能辨认的弥散圆就称为容许弥散圆(permissible circle of confusion)。
不同的厂家、不同的胶片面积都有不同的容许弥散圆直径的数值定义。
一般常用的是：画幅24mm x 36mm6cm x 9cm4" x 5"弥散圆直径0.035mm0.0817mm0.146mm35mm照相镜头的容许弥散圆，大约是底片对角线长度的1/1000~1/1500左右。
前提是画面放大为5x7英寸的照片，观察距离为25~30cm。
3、景深(depth of field)在焦点前后各有一个容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离就叫景深，即：在被摄主体(对焦点)前后，其影像仍然有一段清晰范围的，就是景深。
换言之，被摄体的前后纵深，呈现在底片面的影象模糊度，都在容许弥散圆的限定范围内。
景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离而变化。
对于固定焦距和拍摄距离，使用光圈越小，景深越大。
示意图1示意图2以持照相机拍摄者为基准，从焦点到近处容许弥散圆的的距离叫前景深，从焦点到远方容许弥散圆的距离叫后景深。
4、景深的计算下面是景深的计算公式。
其中：δ——容许弥散圆直径f——镜头焦距F——镜头的拍摄光圈值L——对焦距离ΔL1——前景深ΔL2——后景深ΔL——景深从公式(1)和(2)可以看出，后景深> 前景深。
光学基础知识及常见的光学现象解释
光学:物理学的一个部门。
光学的任务是研究光的本性，光的辐射、传播和接收的规律；光和其他物质的相互作用（如物质对光的吸收、散射、光的机械作用和光的热、电、化学、生理效应等）以及光学在科学技术等方面的应用。
17世纪末，牛顿倡立“光的微粒说”。
当时，他用微粒说解释观察到的许多光学现象，如光的直线性传播，反射与折射等，后经证明微粒说并不正确。
1678年惠更斯创建了“光的波动说”。
波动说历时一世纪以上，都不被人们所重视，完全是人们受了牛顿在学术上威望的影响所致。
当时的波动说，只知道光线会在遇到棱角之处发生弯曲，衍射作用的发现尚在其后。
1801年杨格就光的另一现象（干涉）作实验（详见词条：杨氏干涉实验）。
他让光源S的光照亮一个狭长的缝隙S1，这个狭缝就可以看成是一条细长的光源，从这个光源射出的光线再通过一双狭缝以后，就在双缝后面的屏幕上形成一连串明暗交替的光带，他解释说光线通过双缝以后，在每个缝上形成一新的光源。
由这两个新光源发出的光波在抵达屏幕时，若二光波波动的位相相同时，则互相叠加上到1000微米左右的电磁波称为“红外线”。
在0.39微米以下到0.04微米左右的称“紫外线”。
红外线和紫外线不能引起视觉，但可以用光学仪器或摄影方法去量度和探测这种发光物体的存在。
所以在光学中光的概念也可以延伸到红外线和紫外线领域，甚至X射线均被认为是光，而可见光的光谱只是电磁光谱中的一部分。
光源:物理学上指能发出一定波长范围的电磁波（包括可见光与紫外线、红外线和X 光线等不可见光）的物体。
通常指能发出可见光的发光体。
凡物体自身能发光者，称做光源，又称发光体，如太阳、恒星、灯以及燃烧着的物质等都是。
但像月亮表面、桌面等依靠它们反射外来光才能使人们看到它们，这样的反射物体不能称为光源。
在我们的日常生活中离不开可见光的光源，可见光以及不可见光的光源还被广泛地应用到工农业，医学和国防现代化等方面。
光源主要可分为：热辐射光源，例如太阳、白炽灯、炭精灯等；气体放电光源，例如，水银灯、荧光灯等。
光线光斑光点-概述说明以及解释
光线光斑光点-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述光线、光斑和光点是光学领域中常见的概念，它们在我们日常生活中发挥着重要作用。
光线是光传播的路径，是光学中最基本的概念之一。
光线经过反射、折射等过程后，会形成光斑和光点。
光斑是光线在交汇处形成的一种亮度较高的区域，而光点则是光线在空间中的一个具体点。
本文将深入探讨光线、光斑和光点的特性、形成过程以及在实际应用中的重要性。
通过对这些概念的全面了解，我们可以更好地理解光学现象和光学器件的工作原理，为光学技术的发展和应用提供重要参考。
希望通过本文的阐述，读者能够对光线光斑光点有更深入的认识，并进一步探索光学领域的未来发展方向。
1.2 文章结构文章结构部分的内容：本文分为引言、正文、结论三部分。
引言部分主要包括概述、文章结构和目的。
在概述中，将介绍光线、光斑和光点的概念，引起读者对本文主题的兴趣。
文章结构部分即本部分，将展示文章的整体结构，让读者了解本文的组织安排。
而在目的中，将说明本文旨在探讨光线、光斑和光点在科学研究和技术应用中的重要性。
正文部分将分为光线的特性、光斑的形成和光点的应用三个小节。
在光线的特性部分，将介绍光线的基本特点和传播规律，为后续内容打下基础。
光斑的形成部分将详细解释光斑是如何形成的，以及不同因素对光斑形成的影响。
光点的应用部分将探讨光点在现代科技领域的应用和发展前景。
结论部分将对全文进行总结和回顾，强调光线、光斑和光点在科学研究和技术应用中的重要性。
展望未来研究方向将提出对光线、光斑和光点相关研究的未来发展方向和可能性。
最后，结束语将对本文内容进行概括和结束语，为读者留下深刻印象。
1.3 目的：本文旨在深入探讨光线、光斑和光点在光学领域中的重要性和应用。
通过对光线的特性、光斑的形成以及光点的应用进行分析和讨论，旨在加深读者对光学现象的理解，促进光学技术的发展。
同时，希望通过本文的阐述，引起更多对光线光斑光点相关领域的研究兴趣，激发读者对光学科学的探索和创新。
光学基础知识及常见的光学现象解释
光学:物理学的一个部门。
光学的任务是研究光的本性，光的辐射、传播和接收的规律；光和其他物质的相互作用（如物质对光的吸收、散射、光的机械作用和光的热、电、化学、生理效应等）以及光学在科学技术等方面的应用。
17世纪末，牛顿倡立“光的微粒说”。
当时，他用微粒说解释观察到的许多光学现象，如光的直线性传播，反射与折射等，后经证明微粒说并不正确。
1678年惠更斯创建了“光的波动说”。
波动说历时一世纪以上，都不被人们所重视，完全是人们受了牛顿在学术上威望的影响所致。
当时的波动说，只知道光线会在遇到棱角之处发生弯曲，衍射作用的发现尚在其后。
1801年杨格就光的另一现象（干涉）作实验（详见词条：杨氏干涉实验）。
他让光源S的光照亮一个狭长的缝隙S1，这个狭缝就可以看成是一条细长的光源，从这个光源射出的光线再通过一双狭缝以后，就在双缝后面的屏幕上形成一连串明暗交替的光带，他解释说光线通过双缝以后，在每个缝上形成一新的光源。
由这两个新光源发出的光波在抵达屏幕时，若二光波波动的位相相同时，则互相叠加而出现增强的明线光带，若位相相反，则相互抵消表现为暗带。
杨格的实验说明了惠更斯的波动说，也确定了惠更斯的波动说。
同样地，19世纪有关光线绕射现象之发现，又支持了波动说的真实性。
绕射现象只能借波动说来作满意的说明，而不可能用微粒说解释。
20世纪初，又发现光线在投到某些金属表面时，会使金属表面释放电子，这种现象称为“光电效应”。
并发现光电子的发射率，与照射到金属表面的光线强度成正比。
但是如果用不同波长的光照射金属表面时，照射光的波长增加到一定限度时，既使照射光的强度再强也无法从金属表面释放出电子。
这是无法用波动说解释的，因为根据波动说，在光波的照射下，金属中的电子随着光波而振荡，电子振荡的振幅也随着光波振幅的增强而加大，或者说振荡电子的能量与光波的振幅成正比。
物理光学基本概念
物理光学基本概念
1. 光线：光以直线方式传播，所以我们将其表示为光线。
2. 光程：光在空间中传播时走过的路程称作光程。
3. 光程差：指两束光线走过的光程差。
4. 折射率：介质能够折射光的能力称作折射率。
5. 反射率：指光线从介质的表面反射的能力。
6. 光学器件：指用于调节或控制光线传播的器件，例如透镜、棱镜和衍射光栅等。
7. 衍射：光在穿过开口或通过光栅等物体时发生扩散和变形现象。
8. 黑体辐射：理想黑体会发射出全部波长和所有方向的光线。
9. 杨氏双缝干涉：指两个平行的狭缝中间射出的光线通过干涉，形成明暗条纹。
10. 德布罗意波长：一切物体都具有波动性，其中所有物质都
具有德布罗意波长。
视光百科(光学基础定义)
反射现象和透光率反射现象当光线由空气进入镜片及由镜片进入空气时，会发生光的反射现象，即并非所有光线都会通过镜片，而有部分光线会反射回大气中。
由于反射现象的存在，因此在配戴眼镜看物体时，光线并不能够100％通过镜片的入射到眼睛里。
透光率透光率是衡量材料透光性能的参数，它是指光线通过镜片后进入眼睛的总量与光线达到镜片时的总量的比值，比值越高说明材料的透光性越好。
在没有镀减反射膜的情况下，普通镜片的透光率与材料的反光率有关。
可以通过下面的公式，大致计算出镜片的透光率：镜片单面的反射率：式中：R－单面反射率；n－材料的折射率由于眼镜镜片有前后两个面，所以镜片的透光率应为：（100％－R－（100％－R）×R）根据以上公式，可以知道折射率为1.50的镜片，它的透光率大约是92.2％左右，而折射率为1.67的镜片透光率就仅为87.8％左右了。
一般来说折射率越高，透光率就越低。
镜片的透光率可以通过镀减反射膜的方法使之提高，所以强烈建议选用高折射率镜片（折射率1.6以上）的时候，尽可能采用镀减反射膜的镜片，不然会因为材料本身的透光率较低而影响视觉效果。
减反射原理光具有波的特性，因此减反射膜即利用了光的干涉1原理，使用一波长的反射光在反射时正好产生干涉现象，从而达到提高镜片透光率的目的（即减少反光），如下图所示：由于日光或白光是由不同波长的光混合而成，因此为了消减不同波长光波的反射，需要镀制多层减反射膜以达到均衡的减反射（增透）的效果。
但这并不意味这减反射膜层越多镜片的透光率就越高，因为多层减反射膜层是一个系统，简单增加膜层的数量无益于减反射效果地提高，它还与膜层厚度的设计、膜层材料的选择等有密切的联系，好的减反射膜可以使镜片的透光率达到98％～99％左右，使得戴镜者可以看得更清晰，视觉对比度也大为提高，有效减少视疲劳。
1.干涉原理：波长，振幅相通的两列波相遇时会产生干涉现象。
如左图所示，当这两列波以相同相位相遇时，即波峰与波峰相交，会产生如a图所示的现象，而当这两列波差半个波长，即波峰与波谷相交，会产生如b图所示现象，减反射膜即利用b图所示原理以减少反射光。
光学的基本概念与性质
光学的基本概念与性质光学是研究光的传播、吸收、反射、折射及与物质相互作用的学科。
它涉及到光的产生、传播及在物质中的相互作用等方面。
本文将介绍光学的基本概念与性质，包括光的发光原理、光的传播方式、光的速度、光的折射和反射等。
1. 光的发光原理光的发光是指物体在一定条件下产生的光现象。
光的发光主要包括自发辐射和受激辐射两种形式。
自发辐射是指物体在内部产生的原子或分子之间的能量转化为光的过程。
受激辐射是指物体受到外界能量的激发后，原子或分子从一个能级跃迁到另一个能级，并产生与外界能量相等的光子。
2. 光的传播方式光的传播方式可以分为直线传播和弯曲传播两种形式。
直线传播是指光线在均匀介质中直线传播的过程。
弯曲传播是指光线在介质之间传播时由于介质折射率的变化而产生的弯曲现象。
在直线传播中，光线在同一介质中传播速度保持不变，但在不同介质中传播时，光线的传播速度会发生变化，这也是光的折射现象。
3. 光的速度光在真空中的传播速度是一个恒定值，即光速。
根据实验测定，光速约为每秒299,792,458米。
光在介质中的传播速度会比在真空中的传播速度要慢，这是由于光与物质相互作用导致的。
4. 光的折射和反射光在传播过程中会遇到不同介质的界面，当光从一种介质进入到另一种介质时，会发生折射现象。
折射是指光线在两个不同介质界面间传播时，由于介质的折射率不同，使光线的传播方向发生改变的现象。
光的反射是指光线遇到介质界面时，在一定角度范围内的光线被完全反射回原介质的现象。
反射现象是我们日常生活中经常遇到的，例如镜子上的反射。
5. 光的色散与衍射光的色散是指光在透明介质中传播时，不同波长的光被介质吸收和折射的程度不同而产生的现象。
这是导致光线分为七彩色的原因，也是形成虹的原理。
光的衍射是指光通过细缝或物体的边缘时发生偏离传播方向的现象，它是光波的波动特性表现之一。
6. 光的干涉与偏振光的干涉是指两束或多束光波相互叠加时，根据干涉条件的不同，可能会产生干涉增强或干涉消减的现象。
光学基本概念与定律
光学基本概念与定律光学是研究光的起源、传播、与物质相互作用等现象的科学。
在光学研究中，有一些基本的概念与定律对于理解光的性质和行为至关重要。
一、光的本质光是由电磁波组成的，具有双重性质，既能表现出波动性，也能表现出粒子性。
光的电磁波特性决定了其在空间中传播的方式和相互作用的规律。
二、光的传播1. 直线传播：光在均匀介质中以直线传播。
这是光学中最基本的传播方式，也是许多光学现象和设备的基础。
2. 折射：光由一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
折射定律描述了光在两种介质之间传播时的方向变化规律，即入射角和折射角满足正弦定律。
3. 反射：光从一个介质发生反射时，会按照入射角等于反射角的定律发生反射。
反射可以分为镜面反射和漫反射，镜面反射是指光在光滑表面上的反射，而漫反射是指光在粗糙表面上的反射。
三、光的衍射和干涉1. 衍射：当光通过一个有限大小的孔或绕过障碍物时，会出现衍射现象。
衍射使光在传播过程中产生弯曲或偏折，波前会扩散和干涉，形成衍射图样。
2. 干涉：当两束或多束光波相遇时，它们会形成干涉现象。
干涉是指光波相互叠加形成明暗交替的干涉条纹的现象。
干涉可以分为构成干涉和破坏干涉两种情况。
四、光的偏振光的偏振是指光中电矢量振动方向的一种特性。
具有特定方向振动的光波称为偏振光。
通常，光波是由各种方向的振动叠加而成的自然光，而经过偏振器的自然光会被过滤成特定方向的偏振光。
五、光的速度光在真空中的速度是恒定不变的，为光速。
光在不同介质中的速度会发生变化，光速与介质的折射率有关。
根据光在介质中的传播速度变化原理，可以解释折射和反射现象。
光学中的以上基本概念和定律为我们理解光的本质和性质提供了基础。
通过深入研究光学，我们可以探索光在各种介质中传播的规律，揭示光与物质相互作用的机制，为光学应用和技术的发展提供支持和指导。
光学的不断发展与创新将推动人类社会科技进步，拓展我们的认知和应用领域。
物理学中的光学和宇宙物理基本概念
物理学中的光学和宇宙物理基本概念一、光学基本概念1.1 光的传播光在同种、均匀、透明介质中沿直线传播，生活中常见的现象有日食、月食、小孔成像等。
1.2 光的折射光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，称为折射。
折射现象在生活中广泛应用，如眼镜、放大镜等。
1.3 光的反射光在传播过程中遇到物体表面时，会发生反射。
反射分为镜面反射和漫反射两种类型。
1.4 光的色散太阳光通过三棱镜折射后，可分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光，这一现象称为光的色散。
二、光学器件透镜是一种光学元件，根据形状可分为凸透镜和凹透镜。
凸透镜对光线有会聚作用，凹透镜对光线有发散作用。
平面镜、凸面镜和凹面镜是常见的镜面。
平面镜能成像，凸面镜和凹面镜能对光线进行发散或会聚。
2.3 光电池光电池是一种将光能直接转换为电能的器件，其原理是基于光生伏特效应。
三、宇宙物理基本概念宇宙是指包括一切物质和能量的空间，宇宙中有无数的星系、恒星、行星等。
星系是由大量的恒星、星云、黑洞等组成的，宇宙中有无数的星系，其中银河系是地球所在的星系。
恒星是由炽热的气体组成的，能够通过核聚变产生能量，发出光和热。
太阳是离地球最近的恒星。
行星是围绕恒星运行的、没有发光能力的天体。
地球是太阳系中的一颗行星。
黑洞是宇宙中的一种极端天体，其引力强大到连光也无法逃逸。
3.6 宇宙大爆炸宇宙大爆炸是宇宙起源的一种理论，认为宇宙起源于一个高密度、高温的状态，然后不断膨胀、冷却、演化。
3.7 暗物质和暗能量暗物质和暗能量是宇宙中两种无法直接观测到的物质，它们对宇宙的结构和演化起着关键作用。
以上是关于光学和宇宙物理的基本概念，希望对您有所帮助。
习题及方法：1.光在真空中的传播速度是多少？解：光在真空中的传播速度是3×10^8 m/s。
2.一束太阳光经过三棱镜后，在白屏上形成了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光带。
请问哪种颜色的光传播速度最快？解：所有颜色的光在真空中的传播速度都是相同的，都是3×10^8 m/s。
几何光学基本概念
基本概念：光源、光线、光束、折射率、光程、全反射、临界角基本定律：光的直线传播光的独立传播光的折射反射基本概念：光轴、正负透镜、共轴球面系统、共轭点、实像虚像、实物虚物、物空间、像空间、符号规则、物方截矩、像方截矩、物方孔径角、像方孔径角、像差、大L公式、小l 公式、近轴基本原理方法及应用：实像虚像、实物虚物的判定、物象空间折射率的确定、符号规则的应用、大L公式、小l公式的应用基本概念：高斯像、高斯光学、阿贝不变量、垂轴放大率、轴向放大率、角放大率、轴向放大率的三点结论、拉赫不变量、宽光束成像原因、高斯光学系统、基点基面、焦距、焦点焦面、主点主面基本关系方法及应用：物象关系、放大率公式及计算、基轴放大率与像的性质、转面公式、成像计算的两种方法、研究理想光学系统的意义及特性基本概念：1. 单个折射球面的主点主面、焦点焦面、节点节面及其性质2. 典型光线及可利用的性质3. 正负光组及判别4. 理想光学系统的物象关系5. 焦物距、焦像距的关系6. 物方焦距与像方焦距的关系7. 光焦度的概念及单位8. 拉赫公式基本关系方法及应用：作图求物象关系正负光组对实物虚物的成像物象关系计算光焦度计算无限远物体成像的像高理想光学系统组合参数的计算——焦距节点位置主点位置基本概念：平面镜、棱镜在光学系统中的作用平面镜的成像性质双面镜的成像性质光轴、主截面、光轴长度、通光口径、结构参数棱镜的等效作用屋脊面及作用典型的棱镜基本关系方法及应用：多面镜的成像分析棱镜的展开方法及应用平行平板计算平面镜、棱镜成像方向的判定基本概念：光阑、分类作用孔径光阑、入瞳、出瞳孔径角、数值孔径、相对孔径、光阑指数（F数、光圈）主光线、边缘光线基本关系方法及应用：孔径光阑、入瞳、出瞳之间的关系（共轭）孔径光阑的特征、判定方法及应用基本概念：视场光阑、入窗、出窗、视场角、线视场、渐晕现象、景深的概念、来源、物方远心光路、像方远心光路基本关系方法及应用：视场光阑、入窗、出窗之间的关系、特性、判定、计算光学系统景深的计算。
光学基本概念和规律
光学基本概念和规律光学包括两⼤部分内容：⼏何光学和物理光学．⼏何光学（⼜称光线光学）是以光的直线传播性质为基础，研究光在煤质中的传播规律及其应⽤的学科；物理光学是研究光的本性、光和物质的相互作⽤规律的学科．⼀、重要概念和规律（⼀）、⼏何光学基本概念和规律1、基本规律光源发光的物体．分两⼤类：点光源和扩展光源．点光源是⼀种理想模型，扩展光源可看成⽆数点光源的集合．光线——表⽰光传播⽅向的⼏何线．光束通过⼀定⾯积的⼀束光线．它是温过⼀定截⾯光线的集合．光速——光传播的速度。
光在真空中速度最⼤。
恒为C=3×108m/s。
丹麦天⽂学家罗默第⼀次利⽤天体间的⼤距离测出了光速。
法国⼈裴索第⼀次在地⾯上⽤旋转齿轮法测出了光这。
实像——光源发出的光线经光学器件后，由实际光线形成的．虚像——光源发出的光线经光学器件后，由发实际光线的延长线形成的。
本影——光直线传播时，物体后完全照射不到光的暗区．半影——光直线传播时，物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域．2．基本规律（1）光的直线传播规律先在同⼀种均匀介质中沿直线传播。
⼩孔成像、影的形成、⽇⾷、⽉⾷等都是光沿直线传播的例证。
（2）光的独⽴传播规律光在传播时虽屡屡相交，但互不扰乱，保持各⾃的规律继续传播。
（3）光的反射定律反射线、⼈射线、法线共⾯；反射线与⼈射线分布于法线两侧；反射⾓等于⼊射⾓。
（4）光的折射定律折射线、⼈射线、法织共⾯，折射线和⼊射线分居法线两侧；对确定的两种介质，⼊射⾓（i）的正弦和折射⾓（r）的正弦之⽐是⼀个常数．介质的折射串n=sini/sinr=c/v。
全反射条件①光从光密介质射向光疏介质；②⼊射⾓⼤于临界⾓A，sinA=1/n。
（5）光路可逆原理光线逆着反射线或折射线⽅向⼊射，将沿着原来的⼊射线⽅向反射或折射．3．常⽤光学器件及其光学特性（1）平⾯镜点光源发出的同⼼发散光束，经平⾯镜反射后，得到的也是同⼼发散光束．能在镜后形成等⼤的、正⽴的虚出，像与物对镜⾯对称。
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4、色散：色散是光纤的传输特性之一。由于不同波长光脉冲在光纤中具有不同的传播速度，
因此，色散反应了光脉冲沿光纤传播时的展宽。光纤的色散现象对光纤通信极为不利。光纤数字通 信传输的是一系列脉冲码，光纤在传输中的脉冲展宽，导致了脉冲与脉冲相重叠现象，即产生了码 间干扰，从而形成传输码的失误，造成差错。为避免误码出现，就要拉长脉冲间距，导致传输速率 降低，从而减少了通信容量。另一方面，光纤脉冲的展宽程度随着传输距离的增长而越来越严重。 因此，为了避免误码，光纤的传输距离也要缩短。光纤的色散可分为： 1．模式色散又称模间色散 光纤的模式色散只存在于多模光纤中。每一种模式到达光纤终端的时间先后不同，造成了脉冲的展 宽，从而出现色散现象。 2．材料色散 含有不同波长的光脉冲通过光纤传输时，不同波长的电磁波会导致玻璃折射率不相同，传输速度不 同就会引起脉冲展宽，导致色散。 3．波导色散又称结构色散 它是由光纤的几何结构决定的色散，其中光纤的横截面积尺寸起主要作用。光在光纤中通过芯与包 层界面时，受全反射作用，被限制在纤芯中传播。但是，如果横向尺寸沿光纤轴发生波动，除导致 模式间的模式变换外，还有可能引起一少部分高频率的光线进入包层，在包层中传输，而包层的折 射率低、传播速度大，这就会引起光脉冲展宽，从而导致色散。
大的有源光器件。掺铒光纤放大器的诞生是光纤通信领域革命性的突破，它使长距离、大容 量、高速率的光纤通信成为可能，是 DWDM 系统及未来高速系统、全光网络不可缺少的重 要器件。其研发和应用，对光纤通信的发展有着重要的意义。在我国，武汉邮科院研制开发 的 EDFA 系列产品，是目前唯一的国产商用化产品，并已大量应用到工程中。 8.波数：是原子、分子和原子核的光谱学中的频率单位。符号为σ 或者 v。等于真实频率 除以光速， 即波长的倒数， 或者在光的传播方向上每单位长度内的光波数。 常用单位是 cm-1. 在波传播方向上单位长度的额波周数目称为波数，其导数为波长。K=1/
3、消光比：对于数字脉冲光发射机，消光比这个指标很重要，它定义为全“0”时平均光功率
p0
和全“1”时平均光功率 p1 之比，可用 EXT 表示，定义式如 EXT=10lg(p1/p0)(dB) ， 消光比的不足容易 引起对码元的误判等一系列问题。 假如二个偏振元件 P1 和 P2 左右排置放着，如我们称 P1 为起偏器，透过 P1 的光为线偏振光，称 P2 为 检偏器， 如果 P1 和 P2 的光轴一致， 则透过 P2 的光强最强， 如果 P1 和 P2 的光轴相差 90 度， 则光强为零。 假如通过 P1 的线偏振光的振幅为 E，则光强为 I0=E^2。E 可以分解为 Ecosθ 和 Esinθ 两个互相垂直的分 量，其中 Ecosθ 分量平行于检偏器的透光轴，而 Esinθ 分量则是垂直于该透光轴，故这两个分量中只有 Ecosθ 分量才能从检偏器通过，因此 I=（Ecosθ ）^2=I0(cosθ )^2。此式称为马吕定律消光比：实际上偏 振器件并不都是理想的，也就是说自然光通过 P1 后得到的不是完全的偏振光，而是部分偏振光；即使 P1 和 P2 互相垂直，透过光强也不为零。当它们相对转动时，最大透过光强与最小透过光强之比称为消光比。 消光比是衡量偏振器质量的重要参数。 在实际生产中，由于设备及环境差异的问题，消光比很难控制，只能将消光比控制在某一范围。由于 消光比的决定因素是功率，所以消光比的影响因素可以从两大方面考虑。第一，温度差异。温度的差异会 导致电路元件参数的改变，影响功率，从而引起消光比变化。第二，光路洁净度差异。光路的洁净度会影 响光功率的损耗，但是 P1 与 P0 的功率变化值不是线性关系（分子分母减去Βιβλιοθήκη 一个值） ，根据定义消光比会 变大。
4、偏振模色散（PMD）又称光的双折射 单模光纤只能传输一种基模的光。基模实际上是由两个偏振方向相互正交的模场 HE11x 和 HE11y 所 组成。若单模光纤存在着不圆度、微弯力、应力等，HE11x 和 HE11y 存在相位差，则合成光场是一 个方向和瞬时幅度随时间变化的非线性偏振，就会产生双折射现象，即 x 和 y 方向的折射率不同。 因传播速度不等，模场的偏振方向将沿光纤的传播方向随机变化，从而会在光纤的输出端产生偏振 色散。PCVD 工艺生产出的单模光纤具有极低的偏振模色散（PMD） 。
5、全光波长变换：全光波长变换是指不经过光/电处理，直接在光域内将某一波长（频率）的
光信号直接转换到另外的一个波长（频率）上。全光波长变换技术主要是依靠光的非线性效应。实现全光 交换（AOWC）的器件主要有：半导体光放大器（SOA） 、饱和吸收双稳态激光器、注入锁定 Y 型激光器、强 度调制（或者频率调制）的分布式布拉格反射（DBR）激光器、基于光波混频的铌酸锂波导和铝镓砷波导、 非线性光纤环境（NLOM）等。
用产生的一种光波间耦合效应，是因不同波长的两三个光波相互作用而导致在其它波长上产生所谓混频产 物，或边带的新光波，这种互作用可能发生于多信道系统的信号之间，可以产生三倍频、和频、差频等多 种参量效应。 发生四波混频的原因是入射光中的某一个波长上的光会使光纤的折射率发生改变，则在不同的频率上 产生了光波相位的变化，从而产生了新的波长的光波。 在 DWDM 系统中，当信道间距与光纤色散足够小且满足相位匹配时，四波混频将成为非线性串扰的主要 因数。当信道间隔达到 10GHZ 以下时，FWM 对系统的影响将最严重。 四波混频对 DWDM 系统的影响主要表现在：(1)产生新的波长，使原有信号的光能量受到损失，影响系 统的信噪比等性能；(2)如果产生的新波长与原有某波长相同或交叠，从而产生严重的串扰。四波混频的产 生要求要求各信号光的相位匹配，当各信号光在光纤的零色散附近传输时，材料色散对相位失配的影响很 小，因而较容易满足相位匹配条件，容易产生四波混频效应。 目前的 DWDM 系统的信道间隔一般在 100GHZ ， 零色散导致四波混频成为主要原因， 所以， 采用 G.653 光 纤传输 DWDM 系统时，容易产生四波混频效应，而采用 G.652 或 G.655 光纤时，不易产生四波混频效应。 但 G.652 光纤在 1550nm 窗口存口存在一定的色散， 传输 10G 信号时， 应加色散补偿， G.655 光纤在 1550nm 窗口的色散很小，适合 10G DWDM 系统的传输。
受激拉曼散射： 色散：光纤的色散指的是光信号在光纤中传输，随着传输距离的增加，由于不
同成分的光传输时延不同引起的脉冲展宽的物理效应。 色散的大小常用时延差表 示。 时延差是光脉冲中不同模式或者不同波长成分传输同样距离而产生的时间差。
2、四波混频：四波混频(Four-Wave
Mixing,FWM) 亦称四声子混合，是光纤介质三阶极化实部作
6、SOA：Semiconductor Optical Amplifier(半导体光放大器)
7、LMS 算法（是数字信号处理的一种算法） ：是一种自适应滤波算法，LMS 自适应滤波器是 使滤波器的输出与期望响应的均方差达到最小的一种滤波器， 因此叫做最小均方自适应滤波 器。
Ts=0.01; % 采样间隔 num=1500; % 采样点数 delay=100;% 延迟间隔 N=10; % 滤波器抽头数 u=0.001; % 调整步长 k=1:num; x_in=[x zeros(1,delay)]; % 当前的输入信号 x_delay=[zeros(1,delay),x]; % 延迟的输入信号 M=num+delay; y=zeros(1,M); % 输出初始值 w=zeros(1,N); % 滤波系数初始值 for n=N:M-N+1 xx=x_delay(n+N-1:-1:n); % 滤波器输入值 y(n)=w*xx'; % 滤波器输出值 e(n)=x_in(n)-y(n); % 误差值 w=w+2*u.*e(n).*xx; % 系数调整 end 8、EDFA（Erbium-doped Optical Fiber Amplifier）:掺铒光纤放大器，是一种对信号光进行放