光学与我们的生活

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The effects of a polarizing filter on the sky in a photograph. Left picture is taken without polarizer. For the right picture, filter was adjusted to eliminate certain polarizations of the scattered blue light from the sky.
光学与我们的生活
Outline
Light and Optics in our daily life 生活中的光与光 学 About the Optics ----Optical Science 光学 Understanding the Light 对光的认识 The Origin of light 光的产生 Color Display 彩色显示器 Microscopic and imagine 显微镜与成像 Laser 激光 Nanomaterials 纳米材料
等离子体平板显示器PDP
液晶平板显示器LCD
阴极射线管显示CRT
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基本概念1 三原色（RGB）
三种选定的颜色.各色相互独 立，其中任一种不能由另外两 种混合而得；当它们以不同比 例混合就可得到不同的颜色。
三原色的选择在原则上是任意 的，但验研究发现，人的眼睛 对红、绿、蓝三种颜色反应最 灵敏，而且它们的配色范围广 ，色可以随意配出自然界中的 大部分颜色，因此在大多数显 示器中选用红（R）、绿（G ）、蓝（B）作为三原色.
LCD 主要结构
冷阴极荧光灯作为背光源
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薄膜晶体管液晶显示 TFT LCD
(Thin Film Transistor LCD)
TFT是有源矩阵类型液晶显示器,在其背部设置特殊光管,可 以主动对屏幕上的各个独立的像素进行控制,这也是所谓的 主动矩阵TFT的来历。 TFT LCD具有三明治状的结构，液晶 填充在两片玻璃之间。笔记本液晶屏常用的是TFT。
Mechanism of the up-conversion from Pr3+:LaF3
Phonon assisted energy transfer
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Result of transition between energy levels
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Color Display 彩色显示器
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彩色显示器工作原理
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from left to right: Gamma rays, X-rays, ultraviolet rays, visible spectrum, infrared, microwaves, radio waves.
Visible spectrum from violet (400nm) to red (700nm)
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液晶显示器LCD（Liquid Crystal Display）
原理：利用液晶的光学各项异性，在通电时导通，使 液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时， 排列则变得混乱，阻止光线通过。常用液晶为Nematic 类型。
特点：体积小、重量轻、省电、不产生高温, 低辐射、 画面柔和不伤眼等。
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基本概念2 像素（pixel ）
象素是指组成图像的最小单位，也即发光“点”。 荧光屏上按一定方式紧密排列的红、绿、蓝三种颜色的荧光 粉点或荧光粉条，称为荧光粉单元，相邻的红、绿、蓝荧光 粉单元各一个为一组，学名称之为像素（pixel ）。每个像 素中都拥有红、绿、蓝(R、G、B)三原色.
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基本概念3
点距(Dot Pitch)、分辨率(Resolution)
点距是指屏幕上两个相邻 荧光点的距离，点距越小 ，显示器显示图形越清晰 。常见点距规格有 0.31mm、0.28mm、 0.25mm等，某些产品甚 至达到0.21mm。
分辨率指屏幕上象素的数 目。数目越大，分辨率也 就越高，显示器的性能越 好。
响应时间反应了液晶显示器各像素点对输入信号反应 的速度，此值愈小愈好。响应时间越小，播放动态影 像时才清晰无残影，不会产生影像拖尾的现象。
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LCD显示器 工作原理
液晶，即液态晶体。是一种在常温条件下呈现出既有液体的 流动性，又有晶体的光学各向异性的有机化合物. 当通电时分 子排列有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止 光线通过。
粒子物理
天体物理紧密衔接
光学已应用到物理学的各个空间尺度
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About the Optics ----Optical Science
光学
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Optics
Optics is a branch of physics. It involves the behavior and properties of
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Nature of Light
Light has both wave-like and particle-like properties. Explanation：quantum mechanics.
Particle-like property：the light is a collection of photons.
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Light spectrum
Spectrum of sunlight
The Origin of light 光的产生
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量子理论 能级位置、跃迁几率
能级位置 谱线频率/荧光波长
Nuclear model of atom
本征函数 谱线强度/跃迁几率
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能级结构 Energy levels
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跃迁过程 Optical transition
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Light AbsoHale Waihona Puke ption and Emission
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Process of light emission
D
A
Interactions among Ln3+ ions result in
the energy transfer between the ions
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Models：
Geometric optics：light as a collection of rays that travel in straight lines and bend when they pass through or reflect from surfaces.
Physical optics：more comprehensive, it includes wave effects such as diffraction and interference that cannot be accounted for in geometric optics.
Wave-like property: the light is an electromagnetic wave that has the characteristics of waves.
Understanding the Light
对光的认识
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Light dispersion through a prism
Light and Optics in our daily life
生活中的光与光学
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Sun light
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Rainbow
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Bio-fluorescence
同星珊瑚
海洋生物
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A colorful sky is often due to scattering of light off particules and pollution
light, including its interactions with matter and the construction of instruments that use or detect it. It usually describes the behavior of visible, ultraviolet, and infrared light.
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有机发光显示器 OLED
Organic Light-Emitting Diode
也称有机发光二极管。是通过电流驱动有机薄膜本 身发光，发的光可为红、绿、蓝、白等单色，同样 也可以达到全彩的效果。
发光机理：在外界电压的驱动下，由电极注入的电 子和空穴在有机材料中复合而释放出能量，并将能 量传递给有机发光物质的分子使其激发，从基态跃 迁到激发态，当受激分子回到基态时辐射跃迁而产 生发光现象。
OLED是一种不同于CRT，LED和液晶技术的全新发 光原理。 是与LED背光完全不同的显示技术。
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LED显示屏（LED panel）
LED显示屏（LED panel），通过控制半导体发光二 极管的显示方式，用来显示文字、图形图像、动画 、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。
LED显示器结构及分类：通过发光二极管芯片的适当 连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。可构 成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或 发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管 、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米 字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统 称为字符显示器。
LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间，利用LC在 电场作用下的光学旋转性质调节通过LCD平板的光强。即当 给液晶上加一个电压时，液晶分子便会转动，从而改变光透 过率,从而实现多灰阶显示。因此 LCD是依赖极化滤光器(片) 和光线本身。
对于更加复杂的彩色显示器而言，还要具备专门处理彩色显 示的色彩过滤层。通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都 是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有 红色，绿色，或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光 线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。
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LED背光液晶显示器
“LED背光液晶显示器”即目前市面上所谓的 LED显示器。
仍属液晶显示器，只是背光源不一样而已：它 用LED代替了传统的液晶背光模组。
因为采用了固态发光器件，对环境的适应能力 非常强，所以LED的使用温度范围广、低电压 、耐冲击。而且LED光源没有任何射线产生， 低电磁辐射、无汞可谓是绿色环保光源。
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Liquid Crystal Pixel: ON
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Liquid Crystal Pixel: OFF
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LCD Lighting Theory
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Operation of twisted nematic field effect mode liquid crystal cell.
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Color vs. Frequency/wavelength
High frequency (blue) light is deflected the most, Low frequency (red) light is deflected the least.
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Position of the visible light
等离子体平板PDP显示器
液晶平板LCD显示器
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Camera
Amplifier
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Glasses
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Microscope
Telescope
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Space Telescope
哈勃太空望远镜
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斯必泽空间望远镜（Spitzer Space Telescope，缩写为SST） 是美国宇航局2003年发射的一颗红外天文卫星，是大型轨道天 文台计划的最后一台空间望远镜
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CRT显示器 (阴极射线显像管)
显象管
电子枪 主要构成：电子枪(Electron gun)、偏转线圈
(Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光 粉层(phosphor)和玻璃外壳(荧光屏)。
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CRT显示器工作原理
显像管内的电子枪所发射的电子束穿过阴极罩上的小孔， 聚焦在内层涂满了无数三原色（RGB，红绿蓝）荧光粉的玻 璃屏幕上，使荧光粉激发并发光，最终在荧光屏形成有电子 束位置所控制的显示画面。
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When oil or fuel is spilled, colorful patterns are formed by thin-film interference.
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Creation and application of the Light
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Indicator
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阴极射线管显示CRT