反射率的垂直入、反射测量法
新《遥感原理》实验指导书
《遥感原理与方法》实验指导实习一地物光谱反射率的野外测定1、原理与方法电磁波谱中，可见光和近红外波段(0.3～2.5μm)是地表反射的主要波段，多数传感器使用这一区间，其地物光谱的测试有三方面的作用：①传感器波段选择、验证、评价的依据；②建立地面、航空和航天遥感数据的关系；③将地物光谱数据直接与地物特征进行相关分析并建立应用模型。
（1）地物反射波谱测量理论①双向反射分布函数（BRDF）②双向反射比因子R(BRF)（2）地物光谱的测量方法垂直测量：为使所有数据能与航空、航天传感器所获得的数据进行比较，一般情况下测量仪器均用垂直向下测量的方法，以便与多数传感器采集数据的方向一致。
由于实地情况非常复杂，测量时常将周围环境的变化忽略，认为实际目标与标准板的测量值之比就是反射率之比。
计算式为：式中，ρ(λ)为被测物体的反射率；ρ5(λ)为标准板的放射率；V(λ)和V5(λ)分别为测量物体和标准板的仪器测量值。
这种测量没有考虑入射角度变化时造成的反射辐射值的变化，也就是对实际地物在一定程度上取近似朗伯体，可见测量值也有—定的适用范围。
2、实习仪器实习使用合肥仪思特光电技术有限公司生产的ISI921VF系列野外地物光谱辐射计。
ISI921VF野外地物光谱辐射计仪器参数3实习目的（1）学习地物光谱的测定方法；（2）认识地物光谱反射率的规律；（3）学习绘制地物反射光谱曲线。
4实习步骤（1）野外实测操作步骤：●第一步开机连接好测量头部与主机，打开测量头部镜头盖。
打开主机面板上的电源开关，仪器即进入开机状态，如果仪器自检正常，LCD显示屏将显示主菜单。
如果蓄电池电量不足，在显示主菜单之前将显示“Charge”，表示仪器应当进行充电后再使用。
电池电压不足将可能导致LCD显示屏无显示。
为确保数据的准确率，建议开机后预热3分钟以上进行正式测量。
●第二步设定参数〖Setup 〗仪器参数设置子菜单有10项设置内容，包括：起始光谱曲线号、增益、CCD积分时间、内部时钟（包括年、月、日、时、分、秒）。
反射率、地表反照率、比辐射率等大全
反射率、地表反照率、⽐辐射率等⼤全⼀、反射率1.反射率⼜称光谱反射率，是波长的函数，⼜称为光谱反射率ρ(λ)，定义为反射能与⼊射能之⽐：2.⽅向反射率实际物体反射具有⽅向性，对⼊射和反射⽅向严格定义的反射率，为⽅向反射率。
辐射⽅向的定义有微⼩⽴体⾓、任意⽴体⾓、半球全⽅向等。
当⼊射与反射⽅向定义为微⼩⽴体⾓时，成为⼆向性反射。
3.⼆向性反射率分布函数BRDF(Bidirectional Reflectance Distribution Function)是描述表⾯反射特性空间分布的基本参数。
⼆向性反射率因⼦(BRF)，⼜称双向反射⽐因⼦，是在⼀定的辐照和观测条件下，⽬标地物的反射辐射通量与同条件下标准参考⾯（理想朗伯反射⾯）的反射辐射通量之⽐。
4.反照率(albedo)⼜称半球反射率，定义为⽬标物的反射出射度与⼊射度之⽐，即单位时间、单位⾯积上各个⽅向出射的总辐射能量M与⼊射的总辐射能量E之⽐，表⽰为：α=M/E。
地表反照率，即⾃然地物的半球反射率。
可以通过遥感成像提供的辐射亮度值L或反射率ρ，⼆向性反射率分布函数BRDF来获得。
5.⽅向-⽅向反射率⼊射能量照明⽅式为平⾏直射光，没有或可以忽略散射光；某个特定⽅向的反射能量与⼊射能量之⽐。
地物双向反射特性主要就是研究⽅向－⽅向反射率波谱。
其定义如下：6半球-⽅向反射率⼊射能量在2p半球空间内均匀分布，与⼊射能量之⽐。
定义如下：7⽅向-半球反射率(DHR)⼊射能量照明⽅式为平⾏直射光，没有或可以忽略散射光； 2p半球空间的平均反射能量与⼊射能量之⽐。
定义如下：式中为2p半球空间内表⾯反射的平均辐亮度值。
8半球-半球反射率就是反照率。
⼊射能量在2p半球空间内均匀分布， 2p半球空间的平均反射能量与⼊射能量之⽐。
若将不严格要求⼊射能量在2p半球空间内均匀分布，半球－半球反射率就是地物反照率。
定义如下：⼆、⽐辐射率⽐辐射率即物体的出射度与同温度的⿊体出射度之⽐：据基尔霍夫定律，对于不透明体有：⽅向⽐辐射率，与⽅向-半球反射率的关系：三、透射率透射率τ定义为透射能与⼊射能之⽐：⼤⽓透射率：m为⼤⽓质量，t为⼤⽓垂直光学厚度；k为衰减/消光系数，x为⼤⽓路径，kx为⼤⽓光学厚度。
遥感反射率取值范围
遥感反射率取值范围篇11. 遥感反射率的数值区间遥感反射率是遥感科学中一个至关重要的概念，它反映了地物对电磁波的反射能力。
简单来说，就是地物将接收到的太阳辐射或其他电磁辐射反射回太空的比例。
1.1 影响遥感反射率数值区间的因素首先是地物的类型。
不同的地物具有不同的物理和化学特性，这直接导致了它们对电磁波反射能力的差异。
比如森林，由于其丰富的植被覆盖，叶绿素等色素的存在会吸收部分可见光波段的能量，导致在可见光范围内的遥感反射率相对较低。
而在近红外波段，由于叶片内部结构的散射作用，反射率则会显著增加。
海洋的情况则有所不同。
海水对电磁波的吸收作用较强，尤其是在蓝光波段。
因此，海洋在可见光波段的遥感反射率通常较低。
然而，在一些特定的情况下，如海面存在大量浮游植物或受到风浪影响时，反射率会有所变化。
城市地区由于建筑物、道路等人工地物的多样性，其遥感反射率的数值区间较为复杂。
建筑物表面的材质、颜色以及道路的铺设材料等都会对反射率产生影响。
1.2 测量遥感反射率的方法测量遥感反射率的方法也是多种多样的。
常见的有地面实地测量和卫星遥感测量。
地面实地测量通常使用专业的仪器设备，直接在研究区域进行数据采集。
这种方法能够获取高精度的局部数据，但受到测量范围和条件的限制。
卫星遥感测量则可以实现大面积的同步观测，但数据精度可能会受到大气干扰等因素的影响。
1.3 遥感反射率在实际应用中的作用和意义在实际应用中，不同地物类型的遥感反射率取值范围具有重要的作用和意义。
以农业为例，通过监测农田的遥感反射率，可以了解作物的生长状况、病虫害情况等，从而为精准农业提供决策支持。
对于森林资源的管理，遥感反射率能够帮助评估森林的健康状况、植被覆盖度等。
在环境保护方面，对海洋遥感反射率的研究有助于监测海洋生态系统的变化，了解海洋污染的程度。
城市规划中，了解城市地物的遥感反射率可以优化城市的能源利用和景观设计。
总之，遥感反射率的数值区间是一个复杂但又充满价值的研究领域。
镜质体平均最大反射率
镜质体平均最大反射率如何理解镜质体平均最大反射率？镜质体平均最大反射率是光学领域中一个重要的概念。
光的反射是指当光线从一种介质射入另一种介质时，一部分光被界面反射回原介质。
而镜质体平均最大反射率是指当光线垂直射入镜质体表面时，被反射回的光线垂直射出镜质体的最大比例。
具体来说，它反映了镜质体在特定波段内的反射性能，即光线射入镜质体后能够原封不动地射出的比例。
了解镜质体平均最大反射率对于光学研究和应用有着重要的意义。
它是评估材料光学性能的重要指标之一。
在光学仪器、光学薄膜、太阳能电池等领域中，人们通常希望材料具有较高的反射率，以提高能量转换效率或透过率。
通过研究镜质体平均最大反射率，可以评估材料的光学性能，指导材料的选择和优化。
镜质体平均最大反射率的研究也对光信号的传输起到重要的影响。
在光纤通信、光导纳电子器件等领域，要求光信号尽可能地传输到目标位置并避免反射损耗。
研究材料的镜质体平均最大反射率有助于优化光信号的传输效果。
那么，如何测量镜质体平均最大反射率呢？有几种常用的方法，如紫外可见光反射光谱法、透射法和反射畸变法等。
紫外可见光反射光谱法是通过测量光线射入材料后反射的光强度来获得材料的反射率曲线。
透射法则是将光线投射到材料上并测量透射和反射光的强度，从而计算反射率。
反射畸变法是通过测量光线在材料和空气之间的交界处产生的畸变来计算反射率。
这些方法的选择取决于具体的测量需求和实验装置。
测量镜质体平均最大反射率是一项技术含量较高的工作，需要仪器的准确度和稳定性。
在实际应用中，镜质体平均最大反射率的研究和控制是一个复杂而多样化的过程。
镜质体平均最大反射率受到材料本身的物理性质和结构的影响。
材料的折射率、透明度、厚度以及表面处理等因素都会对反射率产生影响。
外界环境和工艺条件也会影响镜质体平均最大反射率。
温度、气体浓度、湿度等参数的变化都可能导致反射率的变化。
在研究和应用中，需要全面考虑这些因素，找到适合的方法和控制手段来实现所需的反射率。
光在介质膜界面的反射率
光在介质膜界面的反射率一、光垂直入射介质界面时的反射率光在介质界面反射、折射时的菲涅耳公式为:式中r s 、r p 分别为s分量、p分量振幅反射系数, t s 、t p 分别为s分量、p分量振幅透射系数.二、单层膜的反射率首先计算单层膜反射率的多光束干涉形式. 也就是说, 上述计算单层薄膜反射率的双光束干涉形式仅是近似的处理方法.如图, 假定在折射率为n 2 的光学基板上有一层厚度均匀的薄膜, 膜折射率为n 1 , 膜的几何厚度为d 1 , 入射介质的折射率为n 0 , 当光束照射到薄膜上表面时, 光束在薄膜两表面上要多次反射, 因而产生一组反射光束1, 2, 3,……, 和一组透射1’,2’,3’,……，如果入射光的振幅为E 0 , 则各反射光束的振幅为这里的分别表示在两个界面上的反射系数和透射系数(图2).由斯托克斯定律可知, .式(1)中的为膜的位相厚度,即两相邻光束间的位相差为.反射光的合振幅E R 为于是我们得到单层膜的反射系数为从上式可见, 单层膜的反射系数是一个复数,故上式可写成上式中可通过菲涅尔公式求得为膜的位相厚度. 为反射光相移,表示反射光波的位相落后于入射光波的值.单层膜的反射率R 为从上面的结果我们可以看出,单层膜的两个界面可以用一个等效界面来代替.如图3所示,膜的折射率为nk,入射介质的折射率为nk-1,出射介质(或基板玻璃)的折射率为nk+1,膜的位相厚度是k,设单层膜上界面的反射系数为rk,下界面的反射系数为rk+1,于是这个单层膜的等效界面的反射系数为,综上求得:三、多层膜的反射率经过这样处理和理解以后, 我们可以将单层膜的反射率计算推广应用到多层膜场合. 首先从与基片相邻的底层膜开始, 将底层膜的两个界面等效成一个界面, 然后再将这个等效界面与上一个界面等效为一个界面, 依次往上递推到膜系的顶层的第一个界面, 如图由之前的结果可知：根据折射定律, 有因此可以得到各层膜中光的入射和折射角i对各层膜有，根据菲涅尔公式计算出各层的菲涅尔系数，对p分量，对s分量最后求出反射率四、增透膜，增反膜为了减少光在光学元件表面上的反射损失,可利用薄膜上、下表面反射光的相消干涉来减少反射光. 因此常在光学元件的表面镀制介质薄膜———增透膜.为了提高反射率, 常在玻璃上镀制增反膜, 增反膜的折射率比玻璃的高, 称为高膜。
固体光谱学 第二章 反射光谱与光学常数的测量
1=0或900, 则Rp=Rn
n2 cos 2 2n1 cos1 Tp n1 cos1 n2 cos1 n1 cos 2
n2 cos 2 2n1 cos1 Tn n1 cos1 n2 cos 2 n1 cos1
2
(2.10)
2.2 薄膜的反射与透射
A ad
(2.15)
由(2.12)式，若 R′ 和 d 已知，吸收光谱可直接由透射光
谱得到；若 R′ 未知，可以测量两块厚度不同样品的透射光 谱来确定吸收系数α（ω）。此时
a(d1 d 2 ) T1 / T2 exp
(2.16)
2. 2. 2. 薄膜，考虑干涉效应时的反射和透射光谱
' ad 2
(2.20a)
其中2nd = mλ0( m =1,2,3,…)
R ' (1 e ad ) 2 Rmax ' ad 2 (1 R e ) ' 2 ad (1 R ) e Tmin (1 R ' e ad ) 2
*
(2.19)
1. 当 2=2m，或2nd = mλ0( m =1,2,3,…)时， T 取一系列极大值，R 取极小； 2. 反之,当 2=（2m+1），或 2nd=(2m+1)λ0/2，透过光 谱出现一系列极小值，而反射光谱出现极大，即
Rmin Tmax
R (1 e ) (1 R ' e ad ) 2 ' 2 ad (1 R ) e (1 R ' e ad ) 2
设一束光由空气入射到厚度为 d 的薄膜上，透过第一个界 面，穿过薄膜，再透过第二个界面，在另一方向透射出来。
玻璃反射率公式
玻璃的反射率可以通过菲涅尔公式来计算。
菲涅尔公式描述了光线从介质1射入介质2时的反射和折射现象。
对于垂直入射的光线，菲涅尔公式可以表示为：
反射率R = ((n1 - n2) / (n1 + n2))^2
其中，n1是入射介质的折射率，n2是出射介质的折射率。
对于平行入射的光线，菲涅尔公式可以表示为：
反射率R = ((n1 * cosθ2 - n2 * cosθ1) / (n1 * cosθ2 + n2 * cosθ1))^2
其中，θ1是入射角，θ2是折射角，n1和n2分别是入射介质和出射介质的折射率。
需要注意的是，菲涅尔公式只适用于光线从一个介质射入另一个介质的情况，且假设介质是均匀的。
在实际应用中，还需要考虑光线的波长、入射角度等因素。
光学薄膜反射率的计算
≈ 1, 解上式可得
( 9)
n0 ng .
可由空气 /玻璃界面的 4%增加到 36% , 欲进一步 提高反射率 , 须镀制多层膜 .
代入数据 , n = n0 ng = 1. 5 = 1. 22, 由于 n < ng , 故称为低膜 , 用 nL 表示 . 对于低膜 , 上下表面的反 射光之间不存在额外光程差 , 其光程差 δ = 2 nh = ( 2 j + 1 )λ / 2 时 , 薄膜的光学厚度的最小值 ( 10 ) nh =λ / 4, 称为 λ / 4 膜层 . 满足此条件时 , 反射光干涉相消 ,
的相位差分别为 : λ0 π π λ0 2 2 φc = ( 2 nh ) = =π = 2. 47 rad, λc λc 2 λc λ0 φb =π = 4. 32 rad. λb φb 分别代入双光束干涉光 将上述 A1′ 、 A2及 ′ φc 、 φ, 可算出单层氟化 强公式 : I′ = A1 + A2 + 2A1′ A2′ cos 镁薄 膜 对 红 、 蓝 光 的 反 射 率 : R c = 1. 9% , R b =
R1 = n0 - nZ / ng n0 + n / ng n0 ห้องสมุดไป่ตู้ N 1 n0 + N 1
2 2 Z 2 2
,
( 15 )
图 2
令 N1 =
φ i
2 2φ i
nZ ng
2
, 则 R1 =
, 与折射率为 N 1
U 1 = A1 r1 , U2 = A1 t1 r2 1 t′ e , U 3 = A 1 t1 r t′ e ,… 2 r 1′ 1 光在界面上内 、 外反射时可能出现的相位突变 已包含在振幅反射率 r中 . 每相邻反射光束的表观 π δ/λ 光程差 δ = 2 nh cosi2 , 相位差 φ = 2 . 由斯托克 斯倒逆关系 : t1 1 t′ = 1 - r1 , r = - r1 , 计算可得反射光 1′ 总的复振幅 :
光学常数测试方法汇总
一、椭圆偏振测量法椭圆偏振测量法早在1930年就已经产生，只因当时计算机技术的限制，以至进展缓慢。
该方法的工作原理是基于经典的电磁理论。
利用椭圆偏振测量法在已知基底折射率n s 的情况下，可以测定膜层的厚度d 和折射率n f 。
椭圆偏振测量的原理如下：若有一平行的单色光以0φ角入射到膜层上，则复振幅反射系数pr∧，sr∧，由下式给出p i e pr i e p r p r i e p r p r p r δδδ=-+-+=∧)2211/()221( s i e r i e sr s r i e s r s r s s r δδδ=-+-+=∧)2211/()221( 式中p r 1，p r 2，s r 1及s r 2是空气与膜的界面及膜与基板的界面的P 分量和s 分量的菲涅耳反射系数，它们的大小与n f 、n s 、及0φ有关。
φλπδcos )/2(d n f =，是薄膜的相位厚度，p δ和s δ是p 分量和s 分量的反射相位。
薄膜的椭圆函数∆=-==i e tg s p i e s r p r s r p r ϕδδρ)(//式中 s r p r tg /=ϕ s p δδ-=∆根据上述分析可知，椭圆函数ρ是n 0、n f 、n s 、0φ、d 及λ的函数，即),,,,,(),(00λφρϕρρd n n n s f =∆=在一般情况下，除n f 和d 未知外，其它均为已知，所以只要确定了ϕ和∆，就可解出n f 和d 。
实现椭圆偏振测量的装置有消光型和光度型的。
消光型是根据椭圆偏振光可以补偿成直线偏振光的原理，而光度型的不利用补偿原理而以测量光线强度为基础，配合计算机分析、得到ϕ和∆。
这种方法具有原子层级的灵敏度，并有非破坏性、非扰动性、高灵敏度和高精度等诸多优点。
故自这一技术产生以来，人们就在这一领域进行了大量的研究，且发展迅速。
一方面，测量仪器已从早期的单波长椭偏仪发展到了后来的多波长和连续波长的椭偏仪；另一方面，被测量的对象也日趋复杂化。
超声波垂直入射到界面的反射和折射
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2.6.1 单一平界面反射率与透射率
以上讨论为超声波纵波垂直到单一平界面上声压、声 强反射率和透射率
一样适合用于横波入射情况, 但必须注意是在固体/液 体或固体/气体界面上, 横波全反射。因为横波不能在 液体和气体中传输。
超声波垂直入射到界面的反射和折射
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2.6.2薄层界面反射率与透射率
薄层界面反射透射示意图
超声波经过异质薄层时声压反射率和透射率不但与介质声阻抗和薄层声阻抗相 关, 而且与薄层厚度同其波长之比d2/λ2相关
超声波垂直入射到界面的反射和折射
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2.6.2薄层界面反射率与透射率
1.均匀介质中异质薄层（Z1=Z3≠Z2）
（1）等当，薄层d2厚 n度（22 为n为其整半数波）长时整，数r 倍0,时t ，1。超这声说波明全当透薄射层，两几侧乎介无质反声射阻，抗好相象 不存在异质薄层一样。这种透声层常称为半波透声层。
强透射率与薄层性质无关，好象不存在薄层一样
（2）
d2 (2n 1（) 42n为整数）时，且 Z2 Z1 Z3
时，此时T＝1，即声强透射
率等于1，超声波全透射。
直探头保护膜设计
超声波垂直入射到界面的反射和折射
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2.6.3 声压往复透射率
在超声波单探头检测中, 探头兼作发射和接收超声波。探头发出超声波透过界面 进入工件, 在固/气底面产生全反射后再次经过同一界面被探头接收
这时探头接收到回波声压与入射波声压之比, 称为声压往复透射率T往
T往
Pa P0
Pt P0
Pa Pt
4Z1Z2 (Z2 Z1)2
声压往复透射率与界面两侧介质声阻抗相关, 与从何种介质入射到界面无关。界
农作物可见光-短波红外光谱反射率测量-最新国标
农作物可见光-短波红外光谱反射率测量1 范围本文件规定了农作物可见光-短波红外光谱反射率田间测量的要求与规范，包括：测量条件、测量准备、田间测量过程、光谱测量结果处理、测量报告与数据文件存储。
本文件适用于获取已开发利用为农用地区域内的典型农作物（小麦、玉米、水稻、马铃薯、大豆等）可见光-短波红外波段（380-2500nm）冠层及叶片的光谱反射率的田间测量。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅注日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 33988-2017 城镇地物可见光-短波红外光谱反射率测量GB/T 36540-2018 水体可见光-短波红外光谱反射率测量GB/Z 33451-2016 地理信息空间抽样与统计推断3 术语和定义GB/T 33988-2017、GB/T 36540-2018 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1农作物冠层 crop canopy农作物冠层是农作物群落大致处于相同高度的冠连成的集合体，是农作物群体中作物茎秆以上连同集生枝叶的部分形成的稠密顶层。
3.2农作物冠层反射光谱 canopy reflection spectrum of crop农作物冠层反射辐亮度随波长的变化。
3.3农作物冠层光谱反射率 canopy spectral reflectivity of crop农作物冠层在指定波长处的反射辐亮度的π倍与入射辐射通量密度之比。
3.4农作物叶片反射光谱 leaf reflection spectrum of crop农作物叶片反射辐亮度随波长的变化。
3.5农作物叶片光谱反射率 leaf spectral reflectivity of crop农作物叶片在指定波长处的反射辐亮度的π倍与入射辐射通量密度之比。
3.6生育时期 growth stages根据农作物在整个生育过程中器官发生的顺序和形态特征而划分的若干个时期。
反射率基法辐射定标原理和流程介绍
反射率基法辐射定标原理和流程介绍文章对反射率基法辐射定标进行介绍，并详细描述了定标原理，对定标过程中涉及到的公式给予解释说明，并给出了单点法和两点法的定标系数计算公式。
对定标过程中用到的6S辐射传输模型进行了简要介绍，针对可见光近红外场地定标试验，对6S输入参数也进行了说明，最后对定标具体流程进行了介绍。
标签：反射率基法；6S辐射传输模型；原理引言反射率基法作为目前使用最广泛的场地定标法，已成功对多颗卫星传感器进行了在轨辐射定标，是目前在轨辐射定标中不可或缺的定标方法之一。
反射率基法需要测量场地反射率、大气气溶胶光学厚度、臭氧含量及其他气象参数，利用辐射传输模型计算出大气吸收和散射透过率，最终得到场地大气层顶表观反射率和表观辐亮度，同场地图像平均DN值的比较，即可得到传感器的绝对辐射定标。
文章主要对反射率基法辐射定标进行介绍。
1 反射率基法定标原理场地定标是指在地面上选取均匀区域作为辐射定标场，当卫星过境时，通过地面或飞机上准同步测量，实现在轨卫星遥感器的辐射定标。
场地定标方法包括以下三种：反射率基法、辐亮度法和辐照度基法[1]。
反射率基法辐射定标是在卫星传感器过境时，在辐射校正场同步进行场地反射率测量、大气消光测量、常规气象观测，并用gps设备记录测量过程中的定位信息。
对以上观测数据进行处理，获得场地反射率、水汽含量、气溶胶光学厚度等辐射定标过程中需要的参数。
将所得参数输入相应的辐射传输模型，计算得到卫星传感器入瞳处各光谱波段的表观辐亮度或表观反射率，其中针对不同传感器还需要光谱响应函数进行卷积处理。
同时，还需对同一时刻卫星图像进行处理，根据定位信息提取并计算测量场地的平均计数值。
最后将计算得到的表观辐亮度或表观反射率与卫星传感器图像平均计数值比较，得到卫星各波段表观辐亮度或表观反射率定标系数[2，3]。
对于卫星传感器第i波段，其等效表观辐亮度Li与传感器探测得到的计数值DNi的关系为：式中，ai为传感器第i波段辐亮度定标系数的增益；DN0i为计数值的偏移量。
光学仪器的表面形貌测量技术原理与应用
光学仪器的表面形貌测量技术原理与应用1. 背景光学仪器的表面形貌测量技术是一种重要的非接触式测量技术，广泛应用于光学元件、光学镜头、光学镜片等光学仪器的制造和质量控制过程中该技术通过对光学表面形貌的精确测量，可以评估光学元件的表面质量、光学性能和加工质量，从而确保光学仪器的性能和可靠性本文将介绍光学仪器的表面形貌测量技术原理及其在实际应用中的重要性2. 表面形貌测量技术原理光学仪器的表面形貌测量技术基于光学原理，通过对光学表面的干涉、散射、反射等光学现象的测量，获取光学表面的形貌信息常见的表面形貌测量技术包括干涉测量法、散射测量法和反射测量法等2.1 干涉测量法干涉测量法是光学表面形貌测量中最常用的方法之一该方法通过将光学表面与参考面之间的干涉条纹进行测量，从而获取表面形貌的信息干涉测量法的原理是利用干涉仪将入射光分为两束，一束通过被测光学表面，另一束通过参考面，两束光在光路中相遇形成干涉条纹通过测量干涉条纹的分布、间距和形状等参数，可以得到光学表面的形貌信息2.2 散射测量法散射测量法是通过测量光线照射到光学表面后产生的散射光分布，从而获取表面形貌信息的方法散射测量法包括光散射截面测量法和光散射强度分布测量法等通过测量散射光的强度和分布，可以得到光学表面的粗糙度、沟壑深度等形貌信息2.3 反射测量法反射测量法是通过测量光线照射到光学表面后产生的反射光分布，从而获取表面形貌信息的方法反射测量法包括光反射率测量法和光反射强度分布测量法等通过测量反射光的强度和分布，可以得到光学表面的形貌信息3. 表面形貌测量技术应用表面形貌测量技术在光学仪器的制造和质量控制过程中具有重要作用，主要应用于以下几个方面：3.1 光学元件表面质量评估通过表面形貌测量技术，可以对光学元件的表面质量进行精确评估这对于确保光学仪器的性能和可靠性至关重要通过测量光学元件表面的粗糙度、沟壑深度等形貌参数，可以评估光学元件的加工质量和光学性能3.2 光学元件装夹和调整表面形貌测量技术可以帮助光学元件的装夹和调整过程通过测量光学元件表面的形貌信息，可以确定光学元件的位置和姿态，从而实现精确装夹和调整3.3 光学系统整体性能评估表面形貌测量技术还可以用于评估光学系统的整体性能通过测量光学系统各个元件的表面形貌信息，可以评估光学系统的像差、分辨力等性能指标，从而确保光学系统的性能达到设计要求4. 总结光学仪器的表面形貌测量技术是一种重要的非接触式测量技术，通过对光学表面的干涉、散射、反射等光学现象的测量，可以获取光学表面的形貌信息该技术在光学仪器的制造和质量控制过程中具有重要作用，可以评估光学元件的表面质量、光学性能和加工质量，确保光学仪器的性能和可靠性随着科技的不断发展，表面形貌测量技术在光学仪器领域的应用将越来越广泛，为光学仪器的制造和质量控制提供更加精确和高效的方法1. 背景光学仪器的表面形貌测量技术是一种重要的非接触式测量技术，广泛应用于光学元件、光学镜头、光学镜片等光学仪器的制造和质量控制过程中该技术通过对光学表面形貌的精确测量，可以评估光学元件的表面质量、光学性能和加工质量，从而确保光学仪器的性能和可靠性本文将介绍光学仪器的表面形貌测量技术原理及其在实际应用中的重要性2. 表面形貌测量技术原理光学仪器的表面形貌测量技术基于光学原理，通过对光学表面的干涉、散射、反射等光学现象的测量，获取光学表面的形貌信息常见的表面形貌测量技术包括干涉测量法、散射测量法和反射测量法等2.1 干涉测量法干涉测量法是光学表面形貌测量中最常用的方法之一该方法通过将光学表面与参考面之间的干涉条纹进行测量，从而获取表面形貌的信息干涉测量法的原理是利用干涉仪将入射光分为两束，一束通过被测光学表面，另一束通过参考面，两束光在光路中相遇形成干涉条纹通过测量干涉条纹的分布、间距和形状等参数，可以得到光学表面的形貌信息2.2 散射测量法散射测量法是通过测量光线照射到光学表面后产生的散射光分布，从而获取表面形貌信息的方法散射测量法包括光散射截面测量法和光散射强度分布测量法等通过测量散射光的强度和分布，可以得到光学表面的粗糙度、沟壑深度等形貌信息2.3 反射测量法反射测量法是通过测量光线照射到光学表面后产生的反射光分布，从而获取表面形貌信息的方法反射测量法包括光反射率测量法和光反射强度分布测量法等通过测量反射光的强度和分布，可以得到光学表面的形貌信息3. 表面形貌测量技术应用表面形貌测量技术在光学仪器的制造和质量控制过程中具有重要作用，主要应用于以下几个方面：3.1 光学元件表面质量评估通过表面形貌测量技术，可以对光学元件的表面质量进行精确评估这对于确保光学仪器的性能和可靠性至关重要通过测量光学元件表面的粗糙度、沟壑深度等形貌参数，可以评估光学元件的加工质量和光学性能3.2 光学元件装夹和调整表面形貌测量技术可以帮助光学元件的装夹和调整过程通过测量光学元件表面的形貌信息，可以确定光学元件的位置和姿态，从而实现精确装夹和调整3.3 光学系统整体性能评估表面形貌测量技术还可以用于评估光学系统的整体性能通过测量光学系统各个元件的表面形貌信息，可以评估光学系统的像差、分辨力等性能指标，从而确保光学系统的性能达到设计要求4. 总结光学仪器的表面形貌测量技术是一种重要的非接触式测量技术，通过对光学表面的干涉、散射、反射等光学现象的测量，可以获取光学表面的形貌信息该技术在光学仪器的制造和质量控制过程中具有重要作用，可以评估光学元件的表面质量、光学性能和加工质量，确保光学仪器的性能和可靠性随着科技的不断发展，表面形貌测量技术在光学仪器领域的应用将越来越广泛，为光学仪器的制造和质量控制提供更加精确和高效的方法光学仪器的表面形貌测量技术应用场合及注意事项应用场合1.光学元件制造和质量控制：在光学元件的生产过程中，表面形貌测量技术被广泛应用于评估光学元件的表面质量，确保其满足高精度的加工要求这对于生产高质量的光学镜头、镜片等元件至关重要2.光学系统装配和调试：在光学系统的装配过程中，通过表面形貌测量技术可以精确地确定光学元件的位置和姿态，以实现最佳的系统性能这对于天文望远镜、显微镜、激光器等光学系统的精确装配和调试尤为重要3.光学元件表面修复和再加工：在光学元件的表面修复和再加工过程中，表面形貌测量技术可以用于评估修复效果，确保表面质量符合规定标准这对于提高光学元件的使用寿命和性能具有重要意义4.光学材料研究和开发：在光学新材料的研究和开发过程中，表面形貌测量技术可以用于评估材料的表面特性，为材料的优化和改性提供重要数据支持5.光学仪器性能评估和优化：通过表面形貌测量技术，可以全面评估光学仪器的性能，包括像差、分辨力等指标这有助于发现潜在的性能瓶颈，为光学仪器的优化和改进提供依据6.质量控制和工艺改进：表面形貌测量技术可以用于监测光学加工过程中的表面质量变化，有助于及时发现和解决加工过程中的问题，提高生产效率和产品质量注意事项1.测量精度和稳定性：在使用表面形貌测量技术时，要确保测量系统的精度和稳定性，避免测量误差对结果产生影响这包括定期校准测量设备，确保其满足高精度的测量要求2.环境控制：光学仪器的表面形貌测量对环境条件较为敏感，因此在测量过程中要注意控制环境温度、湿度、灰尘等因素，以减少外部因素对测量结果的影响3.样品制备和装夹：在测量过程中，要确保光学元件的样品制备和装夹正确无误，避免对光学表面造成二次损伤或测量误差对于不同材质和形状的光学元件，要选择合适的样品制备和装夹方法4.数据处理和分析：表面形貌测量技术得到的数据需要进行有效的处理和分析，以提取有用的形貌信息要熟悉数据处理软件和算法，确保正确解读测量结果5.设备维护和保养：定期对表面形貌测量设备进行维护和保养，确保其始终保持良好的工作状态这包括清洁光学系统、检查机械部件、更换磨损的部件等6.人员培训和技能提升：表面形貌测量技术涉及到专业知识和操作技能，要加强对相关人员的培训和技能提升，确保他们能够熟练地操作设备和正确解读测量结果7.安全操作：在使用表面形貌测量设备时，要遵守安全操作规程，避免发生意外事故这包括正确使用设备、避免接触高温或尖锐部件、确保实验室安全等通过遵循以上注意事项，可以确保光学仪器的表面形貌测量技术在实际应用中取得准确、可靠的结果，为光学仪器的制造和质量控制提供有力支持。
从Fresnel公式可以直接得到反射率和透射率
tg(i1 i2 ) tg(i1 i2 )
ts
Es 2 Es1
2n1 cos i1
n1 cos i1 n2 cos i2
2 sin i2 cosi1 sin(i1 i2 )
tp
EP2 EP1
2n1 cos i1
n2 cos i1 n1 cos i2
2sin i2 cosi1 sin(i1 i2 ) cos(i1 i2 )
i0 56018
I反 7% I入
i0
······i0
i0
线偏振光
························
玻璃 片堆
接近线偏振光
在玻璃片下表面处的反射，其入射角33.70也正是光从玻璃射向 空气的起偏振角，所以反射光仍是垂直于入射面振动的偏振光。
反射偏振的应用：
1.测量不透明介质的折射率。
也出现光的偏振现象。 反射光中垂直入射面的
n1····i i ····
分量比例大；
n2 r ·
折射光中平行入射面的
分量比例大。 入射角 i 变
自然光反射和折射 后产生部分偏振光
反射、折射光的偏振度也变。
当入射角与折射角之和为 i0+ r0 = 90O 时， 发现反射光中只有垂直入射面的分量。
i0+r0 = 90O.
A 光路可逆原理。
Att Arr Art
Ar
n1 At n2
Atr
Ar2 Att A r 2 tt 1
Art
Atr
0
r r 0
r r,
r 2 r 2
r2 1 tt
Stocks倒逆关系
位相关系
如果将公式中的振动量作为复振幅处理， 则反射率、透射率即为两个复数的比值，其幅 角便是相应两列波的位相差的负值。
固体材料折射率测试方法概述_张凌_高孔_何群秋_杨诗雅
由于光线折射，单色平行光穿过三棱镜（ 如图 1） 后
的折射方向③和入射方向①之间存在一定的夹角 δ，此
角被称为偏向角。当入射角等于出射角时，偏向角具有
最小值 δmin。由折射率定理和几何关系有：
n = sinα / sinβ = sin［12
（
δmin
+ θ）
］/ sin
θ 2
（ 1）
其中，n、α、β、δmin、θ 分别表示棱镜折射率、入射角、 折射角、最小偏向角、棱镜顶角。在测角仪上，测量棱镜
2. 1. 5 45°棱镜法
如图 3，光线垂直 BD 面穿过待测样品，并以 45° 入
射角进入标准样品，由折射定律可知：
n=（
n20
－ sin2 φ）
1 2
± sinφ
（ 10）
其中，n 为待测样品折射率，n0 为已知的标准样品折
射率，φ 为出射角。n ＞ n0 ，公式中取正号，反之取负号。
这种方法测量精度较高（ ＜ 4 × 10 － 5 ） ，测试范围可达到
此方法测试精度仅 10 － 1 ，可用于折射率精度要求不
高的透明样品折射率测量，优点是操作简单，对样品加工
精度要求不高。大部分单晶体宝石被加工成刻面型，可
使用这种方法测量折射率。
3 依据全反射定律测试折射率
光从光密介质入射到光疏介质时，折射角等于 90°时的
入射角称为全反射临界角（ 简称临界角） ，据折射定律有：
顶角 θ（ 主要有自准直法、反射法） 和最小偏向角 δmin （ 主 要有单值法、两倍角法、互补法和三像法） 即可计算出其
折射率 n。此法适用于加工精细的大尺寸样品，测试范
基金项目： 本文受国家大学生创新创业项目（ 201412617034） 资助。 收稿日期： 2015 － 06 － 02
光反射比定义
光反射比定义光反射比定义光反射比是指在某个特定的波长下，材料表面反射的光线强度与入射光线强度之比。
它是衡量材料表面反射能力的一个重要参数，也是评价材料光学性能的关键指标之一。
在实际应用中，人们常常通过测量材料表面的反射率来计算其光反射比。
一、光反射比的概念1.1 入射光线和反射光线当一束光线从空气等介质中垂直照射到一个平面表面上时，部分光线会被表面所吸收，而另一部分则会被表面所反射。
这些被吸收和被反射的光线称为入射光线和反射光线。
1.2 入射角和反射角入射角是指入射光线与垂直于表面法线之间的夹角，通常用θi表示；而反射角是指反射光线与垂直于表面法线之间的夹角，通常用θr表示。
1.3 入、出、透、反四种现象当一束单色平行于某介质表面传播的光线遇到另一介质表面时，会发生四种现象：入射、出射、透射和反射。
其中，入射是指光线从一个介质进入另一个介质；出射是指光线从一个介质离开另一个介质；透射是指光线穿过一个介质而不改变方向；反射是指光线在表面上发生反弹。
二、光反射比的计算方法2.1 反射率的定义反射率是指材料表面反射的光线强度与入射光线强度之比。
通常用R 表示，其计算公式为：R = Ir / Ii其中，Ir表示表面反射的光强度，Ii表示入射的光强度。
2.2 光反射比的定义在某个特定波长下，材料表面反射的光线强度与入射光线强度之比称为该波长下的光反射比。
通常用ρ表示，其计算公式为：ρ = R / (1 - R)其中，R为该波长下材料表面的反射率。
三、影响光反射比的因素3.1 材料本身属性材料本身属性包括折射率、透明度、材料的结构等。
不同材料的折射率不同，会导致反射率和光反射比的差异。
透明度高的材料反射率相对较低，光反射比相对较高。
3.2 入射角度入射角度越大，表面反射的光线强度越大，光反射比也越大。
3.3 入射波长不同波长的光线在材料表面上反射时，其反射率和光反射比也会有所差异。
四、应用领域4.1 光学领域在光学领域中，通过测量材料表面的反射率来计算其光反射比，可以评价材料在特定波长下的表面质量和表面处理效果。