浙大物理考研资料-浙大光学课件-第二章 光度学
合集下载
《大学物理光学》PPT课件(2024)
16
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光电效应、康普顿效应等 现象表明光具有粒子性， 即光量子（光子）。
波粒二象性的统一
光既具有波动性又具有粒 子性，二者是统一的。在 不同条件下，光表现出不 同的性质。
4
光的传播速度与介质关系
真空中的光速
在真空中，光的传播速度最快，约为 3×10^8 m/s。
光速与波长、频率的关系
2024/1/30
24
光学存储技术原理及应用
光学存储技术的分类
只读型、一次写入型和可重写型
光学存储技术的原理
利用激光束在存储介质上形成微小坑点来记录信息
光学存储技术的应用
数字音频、视频、图像和计算机数据的存储
2024/1/30
光学存储技术的优缺点及发展前景
容量大、保存时间长，但读写速度相对较慢
25
应用
透镜广泛应用于摄影、望远镜、 显微镜等光学仪器中，用于实现 物体的放大、缩小和成像等功能 。
10
反射镜成像原理及应用
成像原理
反射镜通过反射光线来改变光线的传 播方向，从而形成像。反射镜的成像 规律遵循光的反射定律和光路可逆原 理。
应用
反射镜广泛应用于天文望远镜、激光 测距仪、光学干涉仪等光学系统中， 用于实现光线的反射、聚焦和成像等 功能。
光学传感器种类及工作原理
光学传感器的分类
光电传感器、光纤传感器、光谱传感器等
干涉仪和衍射仪使用方法
干涉仪使用方法
通过分束器将光源发出的光波分成两束，再经过反射镜反射后汇聚到一点，形成干涉图样。通过调整反射镜的位 置和角度，可以观察不同干涉现象。
衍射仪使用方法
将光源发出的光波通过衍射光栅或单缝等衍射元件，观察衍射现象。通过调整光源位置、衍射元件参数等，可以 研究光电效应、康普顿效应等 现象表明光具有粒子性， 即光量子（光子）。
波粒二象性的统一
光既具有波动性又具有粒 子性，二者是统一的。在 不同条件下，光表现出不 同的性质。
4
光的传播速度与介质关系
真空中的光速
在真空中，光的传播速度最快，约为 3×10^8 m/s。
光速与波长、频率的关系
2024/1/30
24
光学存储技术原理及应用
光学存储技术的分类
只读型、一次写入型和可重写型
光学存储技术的原理
利用激光束在存储介质上形成微小坑点来记录信息
光学存储技术的应用
数字音频、视频、图像和计算机数据的存储
2024/1/30
光学存储技术的优缺点及发展前景
容量大、保存时间长，但读写速度相对较慢
25
应用
透镜广泛应用于摄影、望远镜、 显微镜等光学仪器中，用于实现 物体的放大、缩小和成像等功能 。
10
反射镜成像原理及应用
成像原理
反射镜通过反射光线来改变光线的传 播方向，从而形成像。反射镜的成像 规律遵循光的反射定律和光路可逆原 理。
应用
反射镜广泛应用于天文望远镜、激光 测距仪、光学干涉仪等光学系统中， 用于实现光线的反射、聚焦和成像等 功能。
光学传感器种类及工作原理
光学传感器的分类
光电传感器、光纤传感器、光谱传感器等
《大学物理光学》PPT课件
1
i
C
2
e AB cos r
e AB BC cosr
'
c
A
e
B
AC ACsini 2etgrsini
2ne sinr λ δ 2n1e sini cosr cosr 2
sini n u1 sinr n 1 u 2
2e λ δ ( n n 1 sinrsini) cosr 2
凸起
（4）牛顿环 R-e R
e
r
λ 明纹 2e kλ 2 λ λ 暗纹 2e ( 2k 1) 2 2 2 2 2 R r (R e)
r R 2 Re e
2 2 2
R>>e
r 2 R e
2
r
2Re
0
明环半径
r
λ ( 2k 1)R 2
k 1,2,3
例题，已知 =500nm 平行单色光垂直入射 a=0.25mm f=25cm 求:(1)两第三级明纹之间的距离 f
x3 o
（2）第三级明条纹的宽度 解： （1）第三级明条纹满足
7 a sinθ 3 λ k3 2 7λ f x3 7 x3 a sinθ 3 λ si nθ 3 2a 2 f
） 菲涅耳衍射（近场衍射 衍射的两大分类 夫琅和费衍射（远场衍 射）
菲涅耳衍射 光源，屏幕 距衍射屏有限远
夫琅和费衍射 光源，屏幕 距衍射屏无限远
S
P
菲涅耳衍射
（近场衍射） 衍射屏
菲涅耳
圆孔 圆屏 单缝 双缝 单边
衍射
圆孔 圆 屏 夫琅和费
单缝 双缝 单边
衍射
浙江省考研物理学复习资料光学与原子物理
浙江省考研物理学复习资料光学与原子物理浙江省考研物理学复习资料——光学与原子物理光学是物理学中的一个重要分支，研究光的产生、传播、相互作用及其相关现象。
原子物理则研究微观世界中原子与分子的结构、性质和相互作用。
在浙江省考研物理学复习中，光学与原子物理是必不可少的内容。
本文将详细介绍光学与原子物理的相关知识，并提供一些复习资料以供参考。
一、光学1. 光的特性光是一种具有波粒二象性的电磁波，具有传播速度快、能量较高等特点。
根据波的传播方向和振动方向的关系，可将光分为纵波和横波两类。
2. 光的干涉和衍射干涉是指两个或多个波源产生的光波叠加形成干涉条纹的现象，常见的干涉现象包括杨氏双缝干涉和牛顿环干涉。
衍射是指当光通过一个有限孔径的障碍物时，光波会发生弯曲和扩散的现象，常见的衍射现象包括菲涅尔衍射和菲涅尔衍射。
3. 光的偏振光的偏振是指光波中的振动方向限制在某一平面的现象。
常见的光偏振现象有线偏振、圆偏振和椭圆偏振。
4. 光的颜色与色散光的颜色与频率有关，不同频率的光对应不同的颜色。
当光通过不同介质时，不同频率的光受到的折射程度不同，即产生色散现象。
5. 光的吸收和散射光在物质中传播时，会发生吸收和散射。
吸收是指光能量被物质吸收转化为其他形式的能量，而散射是指光在物质中改变传播方向或传播路径的现象。
二、原子物理1. 原子结构原子结构包括原子核和电子云两个部分。
原子核由质子和中子组成，而电子云则包围在原子核周围。
根据电子能级的不同，可将电子分为基态和激发态。
2. 光谱学光谱学研究物质在吸收、发射或散射光时所呈现的光谱特性。
根据光源产生的光谱类型，可将光谱分为连续光谱、发射光谱和吸收光谱。
3. 原子核的性质原子核包含质子和中子，具有正电荷，且质量相对较大。
原子核的稳定性与核子数目的平衡关系密切相关，超过某一临界值则会变得不稳定，发生核反应。
4. 原子与分子的能级原子和分子的能级是指具有不同能量的电子状态。
根据电子在原子中的位置和运动状态，可将能级分为主能级和亚能级。
《光度学的基本概念》课件
光度学的基本量
光通量
描述光源发出的总光功率，单 位是流明。
光照度
描绘单位面积上接收到的光通 量，单位是勒克斯。
照度计
测量照度的工具，通常用于环 境照明设计。
光度学的应用
1Байду номын сангаас
环境照明设计
优化建筑物内光的使用，提高照明质量和节能效益。
2
光电子学
应用于传感器、光纤通信、发光二极管等电子学器件中。
3
医学和生物学
《光度学的基本概念》 PPT课件
欢迎来到本节课程！光度学是研究光的物理学分支，这门学科有着广泛的应 用。在接下来的几个章节中，我们将介绍光度学的基本概念和应用，以及探 讨光度学在未来的发展前景和挑战。
什么是光度学
定义和作用
光度学是研究光的物理学分支，研究光的各 种物理量和现象。
历史
早在古希腊时期，柏拉图和亚里士多德就对 光的本质做出了分析和解释。
光度学的发展前景 和挑战
随着光学技术的不断进步， 我们预计在未来会有更多创 新的光学技术应用于各个领 域，但同时也面临着挑战和 未知。
推广光度学知识的 必要性
通过推广光度学的知识，我 们也能帮助更多人了解光的 本质以及如何合理使用光， 创造更美好的生活。
用于疾病治疗和脑神经控制等领域。
光度学的未来
• 光学技术的发展将使得更高效的光源和光学器件成为可能。 • 光度学在科学研究中的作用将变得越来越重要。 • 光度学会越来越多地应用于工业和日常生活中。
总结
光度学在人类社会 中的重要性
无处不在的光线对我们的日 常生活有着巨大的影响，了 解光的物理特性对我们正确 使用光具有重要意义。
浙江大学 应用光学课件
I”= -I
Hale Waihona Puke O I’N’C
nQ n’
B
1
光的折射定律：
①入射光线、法线和折射光线在同一平面内；
②折射角和入射角的正弦之比在一定温度和压力下对一定波
长的光线而言为一常量，与入射角和大小无关。即
sin I' = n
sin I n'
或
n'sinI' = nsinI
其中：n=C/v C——光在真空中的速度 v——光在介质中的速度
阿贝不变量
折射球面的物像位置关系
光线经折射球面时 的u,u’关系
3.（近轴区）折射球面的光焦度，焦点和焦距 可见，当（n’-n）/r一定时，l’仅与l有关。
正负含义？ φ = n'−n r
f
'=
l'l
→
−∞
=
n' n '− n
r
f
=
ll
'
→
∞
=
−
n n '− n
r
光焦度 （折射面偏折光线的能力）
f’像方焦距（点），后焦距（点）
细光束，A——》A’ 完善成像
B1’ A1’
同心球面A1AA2——》曲面A1’A’A2’ 完善成像 由公式，l变小，l’也变小，平面B1AB2——》曲面B1’A’B2’
不再是平面：像面弯曲
2. 细小平面以细光束经折射球面成像： 平面物——》平面像，完善成像
近轴光线所在的区域叫近轴区
对近轴光，已知入射光线求折射球面的出射光线：即由 l, u — >l’,u’ ,以上公式组变为：
i= l− r u r
i'= n i n'
Hale Waihona Puke O I’N’C
nQ n’
B
1
光的折射定律：
①入射光线、法线和折射光线在同一平面内；
②折射角和入射角的正弦之比在一定温度和压力下对一定波
长的光线而言为一常量，与入射角和大小无关。即
sin I' = n
sin I n'
或
n'sinI' = nsinI
其中：n=C/v C——光在真空中的速度 v——光在介质中的速度
阿贝不变量
折射球面的物像位置关系
光线经折射球面时 的u,u’关系
3.（近轴区）折射球面的光焦度，焦点和焦距 可见，当（n’-n）/r一定时，l’仅与l有关。
正负含义？ φ = n'−n r
f
'=
l'l
→
−∞
=
n' n '− n
r
f
=
ll
'
→
∞
=
−
n n '− n
r
光焦度 （折射面偏折光线的能力）
f’像方焦距（点），后焦距（点）
细光束，A——》A’ 完善成像
B1’ A1’
同心球面A1AA2——》曲面A1’A’A2’ 完善成像 由公式，l变小，l’也变小，平面B1AB2——》曲面B1’A’B2’
不再是平面：像面弯曲
2. 细小平面以细光束经折射球面成像： 平面物——》平面像，完善成像
近轴光线所在的区域叫近轴区
对近轴光，已知入射光线求折射球面的出射光线：即由 l, u — >l’,u’ ,以上公式组变为：
i= l− r u r
i'= n i n'
浙大物理考研资料-浙大光学课件-第三章 干涉
测油膜厚度平晶间空气隙干涉条纹
等倾条纹牛顿环(等厚条纹)
(3)同一原子不同时刻所发出的波列，振
动方向和相位各不相同
z两个独立的光源发出的光或同一光源的两部分发出的光都不是相干光
z同一原子同一次发出的光在空间相遇时是相干光
杨(T.Young)在1801年首先发现光的干涉现象，并首次测量了
光波的波长。
红光入射的杨氏双缝干涉照片
白光入射的杨氏双缝干涉照片您能判断0级条纹在哪吗？
δ
?
光疏媒质—>光密媒质，反射时，有半波损失
光密媒质—>光疏媒质，反射时，无半波损失
折射时，无半波损失---相位突变---相位不变---相位不变。
浙江大学光学设计ppt
21
二、平行平板
u1 d l1 n l2’ A1
u2’ A2’
u1’ A1’(A2)
当角度u1不大时，依次对第一面、第二面使用公式
n' n n'− n 令 r1=r2=∞ − = l' l r
即轴向位移
并考虑过渡，得 l 2 ' = l 1 − d
n
1 ∆ l ' = l 2 '+ d − l 1 = d (1 − ) 该式中无 u ，完善成像 n
通光口径——允许通过的光斑最大直径
K= d D
二次反射等腰 直角棱镜 K=2 D
27
五角棱镜 K=3.414 D
d D 达夫棱镜
D d= sin( 45° − i ' ) 1 K= sin( 45° − i ' )
d
28
五、屋脊棱镜与棱镜组合系统
1.屋脊棱镜：对奇次反射的反射棱镜，为避免镜像，可加一个屋脊。 屋脊：将一个反射面用两个互成直角的反射面来代替，其交线平行于原 反射面，且在主截面上。 作用：与屋脊垂直的坐标单独改变一次方向，相当于增加一次反射。 光被拦 A C
细小平面以细光束经折射球面成像： 细小平面以细光束经折射球面成像： 平面物 —— 》平面像，完善成像 平面物 —— 》平面像，完善成像
8
§1-3 理想光学系统基本概念
一、原始概念 理想光学系统——这种光学系统所成的像与物是完全相似的 物空间 像空间 R M S
光 学 系 统
点——>共轭点 直线——>共轭直线 直线上的点——>共轭直线上的共轭点 同心光束——>共轭同心光束 平面——>共轭平面
R’
M’ S’
二、平行平板
u1 d l1 n l2’ A1
u2’ A2’
u1’ A1’(A2)
当角度u1不大时，依次对第一面、第二面使用公式
n' n n'− n 令 r1=r2=∞ − = l' l r
即轴向位移
并考虑过渡，得 l 2 ' = l 1 − d
n
1 ∆ l ' = l 2 '+ d − l 1 = d (1 − ) 该式中无 u ，完善成像 n
通光口径——允许通过的光斑最大直径
K= d D
二次反射等腰 直角棱镜 K=2 D
27
五角棱镜 K=3.414 D
d D 达夫棱镜
D d= sin( 45° − i ' ) 1 K= sin( 45° − i ' )
d
28
五、屋脊棱镜与棱镜组合系统
1.屋脊棱镜：对奇次反射的反射棱镜，为避免镜像，可加一个屋脊。 屋脊：将一个反射面用两个互成直角的反射面来代替，其交线平行于原 反射面，且在主截面上。 作用：与屋脊垂直的坐标单独改变一次方向，相当于增加一次反射。 光被拦 A C
细小平面以细光束经折射球面成像： 细小平面以细光束经折射球面成像： 平面物 —— 》平面像，完善成像 平面物 —— 》平面像，完善成像
8
§1-3 理想光学系统基本概念
一、原始概念 理想光学系统——这种光学系统所成的像与物是完全相似的 物空间 像空间 R M S
光 学 系 统
点——>共轭点 直线——>共轭直线 直线上的点——>共轭直线上的共轭点 同心光束——>共轭同心光束 平面——>共轭平面
R’
M’ S’
《光度学基本知识》课件
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
光的反射定律：光在两种介质的交 界面发生反射，入射角等于反射角
光的全反射定律：当光从一种介质进 入另一种折射率较大的介质时，如果 入射角大于临界角，光将全部反射回 原介质
光的反射定律：光在两种介质的界面上，从一种介质进入另一种介质时，会发生反射现象。
反射定律的内容：入射角等于反射角，即入射光线与反射光线在同一平面内，入射光线与反射 光线的夹角相等。
光的折射定律可以用斯涅尔定律来描述，即光在两种不同介质中的传播速度与介质的折射率成正比。
光的折射定律在实际生活中有很多应用，例如光学仪器、光纤通信等。 光的折射定律还可以用来解释一些自然现象，例如彩虹、海市蜃楼等。
光的吸收定律是光度学的基本定律之一，描述了光与物质相互作用的过程。 光的吸收定律表明，当光通过物质时，一部分光会被物质吸收，另一部分光会穿过物质。 光的吸收程度与物质的性质、光的波长、光的强度等因素有关。 光的吸收定律在光学、光电子学、光化学等领域有着广泛的应用。
光度学的基本应用
照明设计原则：满足视觉需求，提高工作效率 照明设计方法：根据空间功能、环境特点选择合适的照明方式 照明设计要点：考虑光源、灯具、照度、色温等因素 照明设计应用：办公室、商场、住宅、学校等不同场所的照明设计
曝光控制：通过调整光圈、快门速度和ISO值来控制曝光量
构图技巧：运用三分法、对称法、引导线等构图技巧来增强照片的视觉效果
投影仪：利用光 学原理，将图像 投影到屏幕上， 实现大屏幕显示
光度计：用于测量光强的仪器 光度计原理：利用光电效应，将光强转换为电信号 光度计分类：照度计、亮度计、色度计等 光度计应用：照明设计、摄影、电影制作等领域
光度学的未来发展
浙大物理考研资料-浙大光学课件-第一章 几何光学
当i1>ic时，折 部射转光化完为全反消射失光，，入 这射 就光 发全 生 了全反射现象
ic n1 n2
i1>ic
n1
n2
ic
arcsin
n2 n1
应用
全反射棱镜：改变光线传播方向； 改变像的取向
等腰直角三棱镜、波罗棱镜、 组合波罗棱镜、四面直角棱镜
光学纤维：阶跃式和渐变式折射率分布
三、棱镜与色散 棱镜：由透明媒质做成的棱柱体 主截面：与棱边垂直的平面 三棱镜：截面呈三角形的棱镜
出射光束是会聚的同心光束，则会 聚光束顶点为实像；若是发散的同心光 束，则发散光束顶点为虚像。
A 光学 系统
实物
光学 A 系统
虚物
光学 A’ 系统
实像
A’ 光学 系统
虚像
物空间：入射光束所在空间 对光学系 像空间：出射光束所在空间 统而言
物空间的折射系数：入射光束所在空间 的折射系数
像空间的折射系数：出射光束所在空间 的折射系数
cos 1 P -u O h φ C u’ P’
sin i i
-s
r
n n’
s’
图中各量以绝对值表示
1. 阿贝不变式
nsin( i) nsin( i) ni ni i u i u
n( u) n( u)
u h s
u h s
h
r
-i M
-i’
P -u
h
O
φC
u’
P’
-s
sin min sin 350 500
n
2
sin
2
2 sin 500
2
1.60
nsin min n sin
2
浙江大学 应用光学课件
几何光学 光的传播————》光线传播
• 一、光的直线传播定律：光在各向同性的均匀 介质中沿直线传播。
衍射：sinα=Kλ/D
当λ——>0时，波动光学——》几何光学
• 二、光的独立传播定律：以不同途径传播的光同时在 空间某点相遇时，彼此互不影响，独立传播。相遇处 的光强度是简单地相加，总是增强的。
屏上被两发光点同时照亮 区域的照度等于二发光点 产生的照度之和。
2
§1－3 费马原理
• 费马原理从光程的观点来描述光传播的规律， 是几何光学最基本的定律。
• 一、光程——光线在介质中传播的距离与该介质 折射率的乘积。
• 1.均匀介质中， s＝nl
• 由于n＝C/v, l＝vt, 所以 s＝Ct
• ——光线在介质中传播的光程等于光线从一点到另 一点传播的时间与在真空中传播速度的乘积。
光线以锐角方向转到法线，顺正逆负 光轴与法线组成角度(φ)
光轴以锐角方向转到法线，顺正逆负
§2-2 折射球面
A -U
E I
I’ h
φ
r -L
n’>n
U’
A’
L’
一、由折射球面的入射光线求出射光线 即已知：r, n, n’,L, U 求 ： L’, U’
利用三角形相似、折射定律及U+I=U’+I’=φ 得
反射定律是折射定律当n’= - n时的特殊情况
C
-I” I
O I’
nQ n’
空气中反射时，可认为 n=1, n’= - 1
利用以上定律，可解决光经任何界面 后继续传播的问题，是整个应用光学 的基础
B
几何光学
四大定律
全反射
•
反射——一定存在
• 一、光的直线传播定律：光在各向同性的均匀 介质中沿直线传播。
衍射：sinα=Kλ/D
当λ——>0时，波动光学——》几何光学
• 二、光的独立传播定律：以不同途径传播的光同时在 空间某点相遇时，彼此互不影响，独立传播。相遇处 的光强度是简单地相加，总是增强的。
屏上被两发光点同时照亮 区域的照度等于二发光点 产生的照度之和。
2
§1－3 费马原理
• 费马原理从光程的观点来描述光传播的规律， 是几何光学最基本的定律。
• 一、光程——光线在介质中传播的距离与该介质 折射率的乘积。
• 1.均匀介质中， s＝nl
• 由于n＝C/v, l＝vt, 所以 s＝Ct
• ——光线在介质中传播的光程等于光线从一点到另 一点传播的时间与在真空中传播速度的乘积。
光线以锐角方向转到法线，顺正逆负 光轴与法线组成角度(φ)
光轴以锐角方向转到法线，顺正逆负
§2-2 折射球面
A -U
E I
I’ h
φ
r -L
n’>n
U’
A’
L’
一、由折射球面的入射光线求出射光线 即已知：r, n, n’,L, U 求 ： L’, U’
利用三角形相似、折射定律及U+I=U’+I’=φ 得
反射定律是折射定律当n’= - n时的特殊情况
C
-I” I
O I’
nQ n’
空气中反射时，可认为 n=1, n’= - 1
利用以上定律，可解决光经任何界面 后继续传播的问题，是整个应用光学 的基础
B
几何光学
四大定律
全反射
•
反射——一定存在
光学复习(浙教版)-课件
医学领域
激光在工业制造中广泛应用于切割、焊接 、打标和表面处理等领域。
激光在医学领域中用于治疗各种疾病和病 症，如眼科疾病、皮肤病和癌症等。
通信领域
科研领域
激光在通信领域中用于光纤通信和卫星通 信等领域，可以实现高速、大容量的数据 传输。
激光在科研领域中用于光谱学、光学计量 和天文学等领域，可以帮助科学家们深入 了解物质和宇宙的奥秘。
增透膜和增反膜
利用薄膜干涉原理制成的增透膜和增反膜 ，可控制光的反射和透射。
迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪结构
测量精度
由分束器、反射镜和测量系统组成。
迈克尔逊干涉仪可用于精确测量长度 、折射率等物理量，具有高精度和高 灵敏度。
干涉现象
通过分束器将一束光分为两束，分别 经过反射镜反射后再次相遇，产生干 涉现象。
双缝干涉
双缝干涉实验
通过双缝干涉实验观察明 暗交替的干涉条纹。
干涉条纹特点
明暗交替、等间距、等宽 度的干涉条纹。
干涉条纹宽度计算
根据光程差和波长计算干 涉条纹宽度。
薄膜干涉
薄膜干涉原理
当光波入射到薄膜表面时，发生反射和折 射，不同光束在薄膜表面相遇产生干涉。
等倾干涉和等厚干涉
根据薄膜形状和光波入射角的不同，薄膜 干涉可分为等倾干涉和等厚干涉。
03
光的衍射
衍射现象与衍射条件
衍射现象
光绕过障碍物继续传播的现象。
衍射条件
障碍物或孔的尺寸与光的波长相当或更小时，光发生明显衍射。
单缝衍射
单缝衍射图样
与双缝干涉图样类似，中央为亮条纹，两侧为明暗交替的条 纹。
单缝衍射特点
明暗条纹宽度比双缝干涉窄，且与单缝宽度、波长等因素有 关。
3, 第二章 光度学 ppt
式中：Φ0—进入光学仪器的光通量 ρ —透射面的反射率，通常透明玻璃的反射率为10%-15%，镀增透膜以
后，其反射率可减低到1% N1—光学系统透射面的数目 N2—光学系统反射面的数目 T —通过1cm厚度光学材料（玻璃）所吸收的光通量的比例（吸收率） f —反射面的反射率，反射面可以镀铝、镀银、镀金等，棱镜反射面可以
热辐射光源
1，太阳：
直径为139万公里的火球，光谱能量分布为5900Kd 黑体辐射，平均辐射亮度为 2×107W/m2sr，平均亮度1.95×109cd/m2,太阳常数（地球接收到的太阳辐射能的总数） 1359W/m2
2，黑体:
1，黑体的吸收率α=1，这意味着黑体能够全部吸收各种波长的辐射能。 2，尽管在自然界并不存在绝对黑体，但用人工的方法可以制造出十分接近于黑体的模型。 3，黑体模型为一个球壳形的空腔，使空腔壁面保持均匀的温度，并在空腔上开一个小孔。射
固体发光光源
应用电致发光效应（在电场中将电能直接转换成
光能的现象）
发光二极管LED—由PN结组成的半导体
（少数载流子在PN结区的诸如与复合而产生发光的一
种半导体光源），低电压、小电流发光器件， 功耗小，性能稳定，寿命长，小型，耐 冲击等。
应用于仪器仪表显示、指示灯等。
激光光源 按工作物质分：气体激光器、固体激光器、 染料激光器和半导体激光器等
大气的扰动：大气折射率和大气密度随气压和气温而 变化，当大气折射率和密度不均匀的时候，传递物点 光学信息的波前将会产生变形，这种变化是随机的， 因而称之为扰动。
大气能见度
11
R ln( ) R v 1 ln(1 )
C v A
CATH
TH
式中：A—大气的散射系数 CTH—50%人群能够识别目标的对比度阈值
后，其反射率可减低到1% N1—光学系统透射面的数目 N2—光学系统反射面的数目 T —通过1cm厚度光学材料（玻璃）所吸收的光通量的比例（吸收率） f —反射面的反射率，反射面可以镀铝、镀银、镀金等，棱镜反射面可以
热辐射光源
1，太阳：
直径为139万公里的火球，光谱能量分布为5900Kd 黑体辐射，平均辐射亮度为 2×107W/m2sr，平均亮度1.95×109cd/m2,太阳常数（地球接收到的太阳辐射能的总数） 1359W/m2
2，黑体:
1，黑体的吸收率α=1，这意味着黑体能够全部吸收各种波长的辐射能。 2，尽管在自然界并不存在绝对黑体，但用人工的方法可以制造出十分接近于黑体的模型。 3，黑体模型为一个球壳形的空腔，使空腔壁面保持均匀的温度，并在空腔上开一个小孔。射
固体发光光源
应用电致发光效应（在电场中将电能直接转换成
光能的现象）
发光二极管LED—由PN结组成的半导体
（少数载流子在PN结区的诸如与复合而产生发光的一
种半导体光源），低电压、小电流发光器件， 功耗小，性能稳定，寿命长，小型，耐 冲击等。
应用于仪器仪表显示、指示灯等。
激光光源 按工作物质分：气体激光器、固体激光器、 染料激光器和半导体激光器等
大气的扰动：大气折射率和大气密度随气压和气温而 变化，当大气折射率和密度不均匀的时候，传递物点 光学信息的波前将会产生变形，这种变化是随机的， 因而称之为扰动。
大气能见度
11
R ln( ) R v 1 ln(1 )
C v A
CATH
TH
式中：A—大气的散射系数 CTH—50%人群能够识别目标的对比度阈值
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
n
进入系统的总光通量为
F 2BdS umax sin u cos udu 0 BdS sin 2 umax
系统射出的总光通量为
F
kkBBdnnS s2idnS2dsuFinma2x2umBaxdS
cos
u
sin
udu
像的照度：
E
F dS
kB
n n
2
sin
2
um ax
定义:
主观亮度：人眼视网膜上所产生的照度
量分别为ΔΦλ和ΔΦ555，则定义
V () 555
V () 1, 555nm V () 1,其它波长 V () 0,可见光范围外
夜间相比白天, V(λ)
视见函数朝短
波方向移动
λ
三、光通量
dF V () d V ()ed
—辐射通量所引起视觉的本领
全部光通量：F
0 V ()ed
单位： 1lm( 555nm) 0.00146W lm(流明) 1W ( 555nm) 683lm
dF kdF.(k 1)
ny sin u nysin u
n2dS sin 2 u n2dSsin 2 u
n2dS 2sin u cos udu
n2dS 2sin ucos udu
dF B dS cosu 2 sin udu
dF kdF
kB
n
2
dS
2
sin
u
cos
udu
n
像的亮度：B kB n 2
E
n n
2
kB
4
De f
2
De瞳孔直径 f 眼睛焦距
B
余弦发射体
激光器 S
定向发射体
(10mW) He-Ne Laser
S 1mm2, 2
B 1010W / m2 sr
B太阳 3106W / m2 sr
§2.4 照度
定义：入射在被照物体
dF
单位面积上的光通量
dS
E dF dS
1lx 104 ph
1lx
(勒克斯)
1
lm m2
1ph(辐透) 1 lm cm2
光源与被照面互易
E
S1
BdS1 cos i1 cos i2 r2
[例]设天空为亮度均匀的朗伯体，其亮
度为B，试证明，在露天水平面上的照
度E=πB
证明：由互易知，亮度为B的天
空照射在水平面元dS’上的光通量
dS
θ
dθ
dF’等于亮度为B的面元dS’发射于
dS’
整个天空上的光通量dF
E
dF dS
dF dS
1W () 683V ()lm
四、发光效率 F
§2.2 发光强度
定义：点光源沿某一方
向上单位立体角内发出
的光通量
d
I dF
P
d
1cd
(坎德拉)
1
lm(流明) sr (球面度)
球坐标系
I I (i,) idi
O
d sin idid
d
dF I (i,)sin idid
2
F 0 0 I (i,) sin idid
§2.3 光亮度
定义：扩展光源的表面面元在某一方向 上单位投影面积的发光强度
dI Br dS cos i
B dF ddS cos i
单位：cd/m2
d
1sb(熙提)
1
lm cm2
sr
dS
i
r
n
朗伯余弦定律
dIi dIn cos i
dI i
dS i dIn
Bi
dIi dS cos i
dI n dS
§2.1 光通量
一、辐射通量
单位时间内光源发出或通过一定接收截 面的电磁辐射能量，也称辐射功率
热辐射通量：d,d e d
e为辐射通量的谱密度
—与波长的关系决定于辐射物体的性质 和发生辐射的条件
整个波长范围 0 ed 单位(SI)：w
二、视见函数
设任一波长为λ的光和波长为555nm的光，
对人眼产生同样亮暗感觉所需的辐射通
1.点光源产生的照度
dF
Id
I
dS r2
cos i
E
dS dF
r 2
I
cos i
n
i d r dS
P
2.面光源产生的照度
dI BdS1 cosi1
亮度B
i1n1
n2
i2
d
dS2 cos i2 r2
r
dS1
dS2
dF
BdS1
cos i1
dS2 cos i2 r2
dE
dF dS2
BdS1 cos i1 cos i2 r2
1 dS
BdScosd cos sin d B 0
§2.5 像的亮度、照度
令面元dS亮度为B
孔径u和u+du 之间环带中进
umax du
u
入系统的光通 量为：
dS
入瞳
du
um ax
u
dS
出瞳
dF B dS cosu 2 sin udu
进入u’和u’+du’中的光通量：
进入系统的总光通量为
F 2BdS umax sin u cos udu 0 BdS sin 2 umax
系统射出的总光通量为
F
kkBBdnnS s2idnS2dsuFinma2x2umBaxdS
cos
u
sin
udu
像的照度：
E
F dS
kB
n n
2
sin
2
um ax
定义:
主观亮度：人眼视网膜上所产生的照度
量分别为ΔΦλ和ΔΦ555，则定义
V () 555
V () 1, 555nm V () 1,其它波长 V () 0,可见光范围外
夜间相比白天, V(λ)
视见函数朝短
波方向移动
λ
三、光通量
dF V () d V ()ed
—辐射通量所引起视觉的本领
全部光通量：F
0 V ()ed
单位： 1lm( 555nm) 0.00146W lm(流明) 1W ( 555nm) 683lm
dF kdF.(k 1)
ny sin u nysin u
n2dS sin 2 u n2dSsin 2 u
n2dS 2sin u cos udu
n2dS 2sin ucos udu
dF B dS cosu 2 sin udu
dF kdF
kB
n
2
dS
2
sin
u
cos
udu
n
像的亮度：B kB n 2
E
n n
2
kB
4
De f
2
De瞳孔直径 f 眼睛焦距
B
余弦发射体
激光器 S
定向发射体
(10mW) He-Ne Laser
S 1mm2, 2
B 1010W / m2 sr
B太阳 3106W / m2 sr
§2.4 照度
定义：入射在被照物体
dF
单位面积上的光通量
dS
E dF dS
1lx 104 ph
1lx
(勒克斯)
1
lm m2
1ph(辐透) 1 lm cm2
光源与被照面互易
E
S1
BdS1 cos i1 cos i2 r2
[例]设天空为亮度均匀的朗伯体，其亮
度为B，试证明，在露天水平面上的照
度E=πB
证明：由互易知，亮度为B的天
空照射在水平面元dS’上的光通量
dS
θ
dθ
dF’等于亮度为B的面元dS’发射于
dS’
整个天空上的光通量dF
E
dF dS
dF dS
1W () 683V ()lm
四、发光效率 F
§2.2 发光强度
定义：点光源沿某一方
向上单位立体角内发出
的光通量
d
I dF
P
d
1cd
(坎德拉)
1
lm(流明) sr (球面度)
球坐标系
I I (i,) idi
O
d sin idid
d
dF I (i,)sin idid
2
F 0 0 I (i,) sin idid
§2.3 光亮度
定义：扩展光源的表面面元在某一方向 上单位投影面积的发光强度
dI Br dS cos i
B dF ddS cos i
单位：cd/m2
d
1sb(熙提)
1
lm cm2
sr
dS
i
r
n
朗伯余弦定律
dIi dIn cos i
dI i
dS i dIn
Bi
dIi dS cos i
dI n dS
§2.1 光通量
一、辐射通量
单位时间内光源发出或通过一定接收截 面的电磁辐射能量，也称辐射功率
热辐射通量：d,d e d
e为辐射通量的谱密度
—与波长的关系决定于辐射物体的性质 和发生辐射的条件
整个波长范围 0 ed 单位(SI)：w
二、视见函数
设任一波长为λ的光和波长为555nm的光，
对人眼产生同样亮暗感觉所需的辐射通
1.点光源产生的照度
dF
Id
I
dS r2
cos i
E
dS dF
r 2
I
cos i
n
i d r dS
P
2.面光源产生的照度
dI BdS1 cosi1
亮度B
i1n1
n2
i2
d
dS2 cos i2 r2
r
dS1
dS2
dF
BdS1
cos i1
dS2 cos i2 r2
dE
dF dS2
BdS1 cos i1 cos i2 r2
1 dS
BdScosd cos sin d B 0
§2.5 像的亮度、照度
令面元dS亮度为B
孔径u和u+du 之间环带中进
umax du
u
入系统的光通 量为：
dS
入瞳
du
um ax
u
dS
出瞳
dF B dS cosu 2 sin udu
进入u’和u’+du’中的光通量：