光学Chapt 1导论讲义资料
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2. 物像关系基础公式
• 高斯公式：
p 为物距，q 为像距，f 为焦距
在一般摄影时像距其实与焦距非常接近， 但是在微距摄影时，像距则可能大于焦距，此 时放大率会超过 1。利用高斯公式其实也可以 导出放大率公式：
放大率 M﹦p/q
2. 色差
• 透镜最主要像差一般为色差，大家都知道三棱 镜会将白光分散为光谱，透镜的侧面看来其实 也像棱镜，所以会有色差，红光波长较长，结 果红光焦点就比蓝光焦点长，因此焦点不在同 一平面上，所以目镜看红光影像清晰，蓝光影 像就不清晰，反之亦然，用没有消色差的透镜 当物镜就会看到物体镶了红边或蓝边，不够清 晰。
称轴线 今后我们主要研究的是共轴球面系统和平面镜、
二、成像基本概念 1、透镜类型 正透镜：凸透镜，中心厚，边缘薄，使光线会聚,也叫会聚透镜
会聚：出射光线相对于入射光线向光轴方向折转
负透镜：凹透镜，中心薄，边缘厚，使光线发散，也叫发散透镜
发散：出射光线相对于入射光线向远离光轴方向折转
2、透镜作用－－－成像
1. 焦距
在单透镜而言，如果窗外景物够远，那么透镜到倒立影像之距离 可视为焦距。如要更确实的量测，可以对着太阳在地面呈像，再 量测透镜到影像的距离。
• 要知道真正的焦距，还有一个方法，就是用物距与像距来计算， 因为物距与像距的比与物高与像高的比值是一样的，物高可以找 一个已知高度的物体，像高可以量测，物距可以量测，像距就可 以计算出来，而物距超过焦距五十倍以上时，算出来的像距已经 极接近焦距的数值。
第五节 光学系统类别和成像的概念
各种各样的光学仪器 显微镜:观察细小的物体 望远镜:观察远距离的物体
各种光学零件——反射镜、透镜和棱镜
光学系统：把各种光学零件按一定方式组合起来，满足一定的要求
Chapt1基础word资料22页
第1章波导的电磁和射线理论基础光束在介质中传输时，由于介质的吸收和散射而引起损耗，由于绕射(衍射)而引起发散，这些情况都会导致光束中心部分的强度不断地衰减。
因此，有必要设计制作某种器件，它能够引导光束的传播，从而使光束的能量在横的方向上受到限制，并使损耗和噪声降到最小，这种器件通常称为光波导，简称波导。
Iz 光源光强I随传输距离z的变化光源波导接收器结构最简单的波导是由三层均匀介质组成的，中间的介质层称为波导层或芯层，芯两侧的介质层称为包层。
芯层的介电常数要比两侧包层的介电常数大，使得光束能够集中在芯层中传输，从而起到导波的作用。
这种波导的介电常数分布是陡变的，也称为阶梯式变化，常称这种波导为平板波导。
对波导模式特性的分析，应用两种理论，即波动光学理论和射线光学理论。
对称三层平板波导的横截面图及相对介电常数分布，ε1 > ε2。
非对称三层平板波导的横截面图及相对介电常数分布，ε1 > ε2 > ε3。
光在本质上是一种电磁波。
讨论光在波导中传播的最基本的方法是电磁理论方法，亦即波动光学方法。
这种方法是从麦克斯韦方程组出发导出波动方程和亥姆霍兹方程，在一定的边界条件下求其解。
一般而言，若想全面、正确地分析各种结构波导的模式特性，必须采用波动理论，才能够给出波导模式全面、正确的解析结果或数值结果。
对光波导模式特性的分析，还可以采用射线光学理论。
光射线，简称射线或光线，可以这样理解：一条很细很细的光束，它的轴线就是光射线。
它的方向沿着光能流的方向。
光线与光束是不同的，光线是无限细的，光束则有一定的尺寸。
光线在均匀介质中的传输轨迹是一条直线，在非均匀介质中的传输轨迹是一条曲线。
用射线去代表光能量传输路线的方法称为射线光学。
射线光学是忽略光波长的光学，亦即射线理论是光波长趋于零的波动理论。
射线光学理论的优点是对平板波导的分析过程简单直观，对某些物理概念能给出直观的物理意义，容易理解。
缺点是对于其他结构更为复杂的波导射线光学理论不便于应用，或只能得出粗糙的结果。
《光学教程第一章》课件
《光学教程第一章》PPT 课件
光学教程第一章PPT课件
章节概述
光学基础知识
从光学的起源和发展，介绍光学的基本概念 和原理。
光的本质和特性
探索光的波粒二象性，频率和波长，速度以 及偏振。
光的传播和衍射
解读光的传播方式，直线传播，散射和吸收， 以及衍射现象。
光的折射和反射
揭示光的折射规律，全反射，反射规律，并 介绍实验。
3
光的速度
探索光在不同介质中传播时的速度变化。
4
光的偏振
讲解光的偏振现象及其在实际应用的意义。
光的传播和衍射
光的传播方式
详细介绍光是如何在空间中传播的。
光的散射和吸收
探讨光在遇到粗糙和杂乱表面时的散射和吸 收现象。
光的直线传播
解析光在均匀介质中直线传播的规律。
光的衍射现象
阐述光通过孔隙或障碍物时发生的衍射现象。
光的折射和反射
光的折射规律 光的全反射
光的反射规律 光的反射实验
介绍光在两个介质交界面发生折射时的规律。 探索光从光密介质射向光疏介质时发生的全反 射。 解析光在平面镜和曲面镜上的反射规律。 介绍一些简单的光的反射实验，如镜子实验。
光的干涉和衍射
光的干涉现象
阐述不同光波相互作用导致的干涉现象。
干涉的类型
光学基础知识
光的定义
详细讲解光的定义和相关概念。
光的属性
解析光的属性，如波动性和微粒性。
光的来源和产生
探索光的来源和产生，如自然光和人工光源。
光学实验
介绍一些基本的光学实验，如折射、反射和干涉。
光的本质和特性
1
光的波粒二象性
阐述光的波动性和微粒性的双重特性。
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章节概述
光学基础知识
从光学的起源和发展，介绍光学的基本概念 和原理。
光的本质和特性
探索光的波粒二象性，频率和波长，速度以 及偏振。
光的传播和衍射
解读光的传播方式，直线传播，散射和吸收， 以及衍射现象。
光的折射和反射
揭示光的折射规律，全反射，反射规律，并 介绍实验。
3
光的速度
探索光在不同介质中传播时的速度变化。
4
光的偏振
讲解光的偏振现象及其在实际应用的意义。
光的传播和衍射
光的传播方式
详细介绍光是如何在空间中传播的。
光的散射和吸收
探讨光在遇到粗糙和杂乱表面时的散射和吸 收现象。
光的直线传播
解析光在均匀介质中直线传播的规律。
光的衍射现象
阐述光通过孔隙或障碍物时发生的衍射现象。
光的折射和反射
光的折射规律 光的全反射
光的反射规律 光的反射实验
介绍光在两个介质交界面发生折射时的规律。 探索光从光密介质射向光疏介质时发生的全反 射。 解析光在平面镜和曲面镜上的反射规律。 介绍一些简单的光的反射实验，如镜子实验。
光的干涉和衍射
光的干涉现象
阐述不同光波相互作用导致的干涉现象。
干涉的类型
光学基础知识
光的定义
详细讲解光的定义和相关概念。
光的属性
解析光的属性，如波动性和微粒性。
光的来源和产生
探索光的来源和产生，如自然光和人工光源。
光学实验
介绍一些基本的光学实验，如折射、反射和干涉。
光的本质和特性
1
光的波粒二象性
阐述光的波动性和微粒性的双重特性。
第一章 光学导论 物理光学课件
43二两个频率相同振动方向相同的单色光波的叠加一三角函数的叠加cos1tcoskr1akr1e令tkrae2kr1222111cosacostataeee得到的合振动cosa2a2212221122112121a2221a22acoscossinsincosaatgaate式中44二复函数的叠加exptiexpaetiae222111expexptiatiaeee22112122112211212122212coscossinsincosa2expaaaaaatgaaaetiaeti式中得到的合振动45三对叠加结果的分析主要对象为合成的光强cos2121222122位相差aaaaai21n合成光强的大小取决于210有当时有时当21122miimmiimmminmax2121212rrnrrrk分析叠加结果的重要物理量2光程差21r46三驻波两个频率相同振动方向相同而传播方向相反的单色光波的叠加将形成驻波
满眼生机转化钧， 天工人巧日争新。 预支五百年新意， 过了千年又觉陈。
虽然大器晚年成， 卓荦全凭弱冠争。 多识前言畜其德， 莫抛心力贸才名。
1
课程要求
• 课堂笔记 • 平时作业 • 考试成绩 • 严肃纪律
4
电磁波辐射是以两个互相耦合的波矢量方式来传递的，一 个是电场波，一个是磁场波。波动光学理论近似于电磁理论， 它只说明了光是一个具有时间和位置的标量函数（波函数）。 几何光学是在短波长范围的更进一步简化，因此，可以认为电 磁光学包含了波动光学，而波动光学又包含了几何光学。量子 光学的理论几乎可以解释所有光学现象，比电磁光学更具一般 性。全量子理论可以解释经典或半经典所不能解释的自发辐射、 光子统计和激光线宽等问题。
四、平面电磁波及其性质
（一）波动方程的平面波解
1、方程求解：
满眼生机转化钧， 天工人巧日争新。 预支五百年新意， 过了千年又觉陈。
虽然大器晚年成， 卓荦全凭弱冠争。 多识前言畜其德， 莫抛心力贸才名。
1
课程要求
• 课堂笔记 • 平时作业 • 考试成绩 • 严肃纪律
4
电磁波辐射是以两个互相耦合的波矢量方式来传递的，一 个是电场波，一个是磁场波。波动光学理论近似于电磁理论， 它只说明了光是一个具有时间和位置的标量函数（波函数）。 几何光学是在短波长范围的更进一步简化，因此，可以认为电 磁光学包含了波动光学，而波动光学又包含了几何光学。量子 光学的理论几乎可以解释所有光学现象，比电磁光学更具一般 性。全量子理论可以解释经典或半经典所不能解释的自发辐射、 光子统计和激光线宽等问题。
四、平面电磁波及其性质
（一）波动方程的平面波解
1、方程求解：
《光学基本知识讲座》课件
光学在军事中的应用
总结词
光学技术在军事侦察和武器系统中的应用
详细描述
光学技术在军事领域的应用包括红外侦察、 激光雷达、瞄准和测距等。这些技术提高了 军事侦察和武器系统的精度和效率，对现代
战争的胜负具有关键作用。
04
光学发展历程
光学发展史简介
古代光学
古代文明对光的研究和利用，如反射、折射等简单光 学现象的发现和应用。
全息摄影技术
总结词
全息摄影原理及应用
详细描述
全息摄影技术利用光的干涉和衍射原理，记 录并重现三维物体的光波信息。全息照片具 有立体感和视角任选的特性，广泛应用于产 品展示、艺术创作和安全识别等领域。
光学在医学中的应用
总结词
光学在医学诊断和治疗中的应用
详细描述
光学技术在医学领域具有广泛的应用 ，如光学显微镜用于细胞观察，激光 用于手术切割和眼科治疗，以及光学 成像技术用于无创检测和诊断。
文艺复兴时期
科学方法的兴起，对光的本质和传播方式的研究逐渐 深入。
19世纪
光学理论体系逐渐完善，如波动光学和几何光学的发 展。
光学重大发明和发现
01
02
03
牛顿的棱镜实验
揭示了白光是由不同颜色 的光组成，奠定了光谱学 的基础。
干涉现象的发现
为波动光学的建立提供了 重要依据。
激光的发明
开创了光学的新领域，对 科技、工业、医疗等领域 产生了深远影响。
实验材料
光源、衍射板、屏幕等 。
Hale Waihona Puke 实验步骤将光源对准衍射板中心 ，调整光源与衍射板距 离；观察衍射现象并记
录。
注意事项
注意保护眼睛，避免直 接照射光源；调整仪器
光学Chapt 1导论
m 五种取值, 空间五种取向, 五条等价(简并) d 轨道
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2019/9/17
化学键
1 价健理论
◆σ键：重叠轨道的电子云密度沿键
轴方向的投影为圆形，表明电子云密 度绕键轴（原子核之间的连线）对称。 形象的称为“头碰头”。
L
A L
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2019/9/17
库仑阻塞效应
如果一个量子点通过两个微小隧道结与电源（电子库）相连，系统的
电容之和（如小于10-18法拉）足够小，当外加电压小于一个阈值时，并 无电流通过；因为只要有一个电子进入量子点，系统的静电能就会增加 并阻止随后第二个电子进入同一个量子点，这种现象叫做库仑阻塞 （Coulomb blockade）效应，电流-电压特性见右下图示。
第三代技术
第二代技术
第一代技术
晶体管显示器CRT
液晶显示器LCD 等离子显示器PDP
场发射显示器 FED 有机／高分子 平板显示器 OLED
非平板显示
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平板显示返回
2019/9/17
OLED & OPV
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Flexible PV cell!!
子阱中的电子沿量子阱生长方向的运动受到限制而不能自由运动； 这时，电子的能态由体材料的连续分布变为一系列的离散量子能级。 按照量子力学计算，量子能级间的能量差 与量子阱的宽度 w 的 平方成反比。W 越小， 越大，即电子受约束的程度越强。
量子尺寸效应会导致材料的光、电、磁学等性质的显着改变。如
Industry: “Despite a sluggish forecast for the overall high-tech industry in 2009, nanomaterials for solar cells grew 47% in 2019 and is projected to grow another 44% in 2009” (The Information Network, Feb 5, 2009)
光学基础知识PPT课件
43
球面像差在镜头光圈全开或者接近全开的时候 表现最为明显，口径愈大的镜头，这种倾向愈明显。
在镜头使用上，通过缩小光圈可适当消除球面像 差。
44
球差的产生是因为理想的折射镜面不是球面，但 是为了加工方便一般都是用球面来近似，所以引起 球差。解决的方法是采用非球面技术。
45
目前主要有三种制造非球面镜片的方法： 1、研磨非球面镜片：在整块玻璃上直接研磨，这 种制造工艺成本相对较高； 2、模压非球面镜片：采用金属铸模技术将融化的 光学玻璃/光学树脂直接压制而成，这种制造工艺 成本相对较低；
41
当平行的光线由镜面的边缘(远轴光线)通过时， 它的焦点位置比较靠近镜片；而由镜片的中央通过 的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离镜片 (这种沿着光轴的焦点错间开的量，称为纵向球面像 差)。
42
由于球面像差的缘故，就会在通过镜头中心部分 的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边 缘部分的光线所产生的光斑(光晕)，使人感到所形 成的影象变成模糊不清，画面整体好象蒙上一层纱 似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。这个光斑 的半径称为横向球面像差。
46
3、复合非球面镜片：在研磨成球面的玻璃镜片表 面上覆盖一层特殊的光学树脂，然后将光学树脂部 分研磨成非球面。这种制造工艺的成本界于上述两 种工艺之间。
47
像散
48
由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出 的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不 能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则 此光学系统的成像误差称为像散。
4
对于理想的反射面而言，镜面表面亮度取决 于视点，观察角度不同，表面亮度也不同；
一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做 均匀反射，其亮度与视点无关，是个常量。
球面像差在镜头光圈全开或者接近全开的时候 表现最为明显，口径愈大的镜头，这种倾向愈明显。
在镜头使用上，通过缩小光圈可适当消除球面像 差。
44
球差的产生是因为理想的折射镜面不是球面，但 是为了加工方便一般都是用球面来近似，所以引起 球差。解决的方法是采用非球面技术。
45
目前主要有三种制造非球面镜片的方法： 1、研磨非球面镜片：在整块玻璃上直接研磨，这 种制造工艺成本相对较高； 2、模压非球面镜片：采用金属铸模技术将融化的 光学玻璃/光学树脂直接压制而成，这种制造工艺 成本相对较低；
41
当平行的光线由镜面的边缘(远轴光线)通过时， 它的焦点位置比较靠近镜片；而由镜片的中央通过 的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离镜片 (这种沿着光轴的焦点错间开的量，称为纵向球面像 差)。
42
由于球面像差的缘故，就会在通过镜头中心部分 的近轴光线所结成的影像周围，形成由通过镜头边 缘部分的光线所产生的光斑(光晕)，使人感到所形 成的影象变成模糊不清，画面整体好象蒙上一层纱 似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。这个光斑 的半径称为横向球面像差。
46
3、复合非球面镜片：在研磨成球面的玻璃镜片表 面上覆盖一层特殊的光学树脂，然后将光学树脂部 分研磨成非球面。这种制造工艺的成本界于上述两 种工艺之间。
47
像散
48
由位于主轴外的某一轴外物点，向光学系统发出 的斜射单色圆锥形光束，经该光学系列折射后，不 能结成一个清晰像点，而只能结成一弥散光斑，则 此光学系统的成像误差称为像散。
4
对于理想的反射面而言，镜面表面亮度取决 于视点，观察角度不同，表面亮度也不同；
一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做 均匀反射，其亮度与视点无关，是个常量。
2024版《光学》全套课件
《光学》全套课件CONTENTS •光的本质与传播•几何光学基础•波动光学基础•量子光学基础•非线性光学简介•现代光学技术发展趋势光的本质与传播01光的波粒二象性光的波动性质光在传播过程中表现出波动性，如干涉、衍射等现象。
光的粒子性质光在与物质相互作用时表现出粒子性，如光电效应、康普顿散射等现象。
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，可以用波函数来描述。
光在真空中传播的速度最快，约为3×10^8米/秒。
光在不同介质中传播速度不同，与介质的折射率有关。
折射率越大，光在该介质中传播速度越慢。
光在真空中的传播速度光在介质中的传播速度折射率与光速关系光的传播速度与介质关系光的直线传播与衍射现象光的直线传播光在同一种均匀介质中沿直线传播。
光的衍射现象光在传播过程中遇到障碍物或小孔时，会偏离直线传播方向，发生衍射现象。
衍射的种类根据障碍物或孔的尺寸不同，衍射现象可以分为夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射等。
光的偏振与旋光性光的偏振现象光波在某些方向上振动较强，而在另一些方向上振动较弱或没有振动的现象称为偏振。
偏振光的产生与检测通过偏振片可以获得偏振光，利用检偏器可以检测偏振光。
旋光性某些物质能使偏振光的振动平面发生旋转的现象称为旋光性，具有旋光性的物质称为旋光物质。
几何光学基础02光线与光束概念及分类光线定义表示光传播方向的几何线，忽略光的波动性质。
光束分类平行光束、发散光束、会聚光束等。
反射定律与折射定律应用反射定律入射光线、反射光线、法线在同一平面内，且入射角等于反射角。
折射定律入射光线、折射光线、法线在同一平面内，且入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质的折射率之比。
透镜成像原理及性质分析透镜成像基本原理光线经过透镜后发生偏折，形成实像或虚像。
透镜性质分析焦距、焦度、透过率等参数对成像的影响。
光学仪器基本原理介绍望远镜利用透镜或透镜组来放大远处物体的视角，使远处物体看起来更近、更大。
光学教程第四版 姚启钧著 讲义第一章.1
10 8 9 7
1m 10dm 102 cm 103 mm 104 dmm 105 cmm 10 m 10 nm 10 A
6 9 10
7
四、光强：
1 2 2 2 I A I A A 2
2
1）光强度、光照度、平均能流密度
31
二、获得稳定干涉图样的条件 典型的干涉实验
1. 获得稳定干涉 图样的条件 ： 从同一批原子发射出来经过不同光程的两列光波。
22
（3）一般情况： 旋转 r2r21r1 常量 ， r 常量 ，干涉花样为双叶螺旋双 曲面 干涉花样为双叶螺旋双 曲面
23
2.干涉条纹 的计算：
令：1 s2 d , N为s1 s2的中点， 0 r0 s NP 作：s1 s2 p , s1 s1 s2 s1
' '
在近轴和远场近似条件 即r>>d 和 r>> 情况下：
2 2 2 2 2
A1sin1 A2sin 2 Asin (2)
(2) /(1) :
A1sin1 A2sin 2 tg A1 cos 1 A2 cos 2
cos cos cos sin sin
12
IA
2 2
A dt A
E1 A1 cost 1 A1 cos t cos 1 A1 sin t sin 1
E E1 E2
令：A1 cos 1 A2 cos 2 A cos (1)
cos t A cos t sin A sin sin 则：E A cos cos sin cos cost 11
1m 10dm 102 cm 103 mm 104 dmm 105 cmm 10 m 10 nm 10 A
6 9 10
7
四、光强：
1 2 2 2 I A I A A 2
2
1）光强度、光照度、平均能流密度
31
二、获得稳定干涉图样的条件 典型的干涉实验
1. 获得稳定干涉 图样的条件 ： 从同一批原子发射出来经过不同光程的两列光波。
22
（3）一般情况： 旋转 r2r21r1 常量 ， r 常量 ，干涉花样为双叶螺旋双 曲面 干涉花样为双叶螺旋双 曲面
23
2.干涉条纹 的计算：
令：1 s2 d , N为s1 s2的中点， 0 r0 s NP 作：s1 s2 p , s1 s1 s2 s1
' '
在近轴和远场近似条件 即r>>d 和 r>> 情况下：
2 2 2 2 2
A1sin1 A2sin 2 Asin (2)
(2) /(1) :
A1sin1 A2sin 2 tg A1 cos 1 A2 cos 2
cos cos cos sin sin
12
IA
2 2
A dt A
E1 A1 cost 1 A1 cos t cos 1 A1 sin t sin 1
E E1 E2
令：A1 cos 1 A2 cos 2 A cos (1)
cos t A cos t sin A sin sin 则：E A cos cos sin cos cost 11
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的距离
物方焦距：物方主点到物方焦点
的距离
.
17
3.物像位置、放大率
物像位置：可相对于焦
点或主点来定义
如图所示，
以焦点来定义的物
像公式是：
xx’=ff’
以主点来定义的物
像公式是：
1/l’-1/l=1/f’
.
18
物像位置、放大率
根据上面的成像关系式，可以导出物像 之间放大倍率的计算公式
.
8
三.物像的基本概念
1.光学仪器和激光头 的光学系统都由一系 列折射面和反射面组 成
2.光轴：各个表面的 曲率中心均在同一直 线上的光学系统称为 共轴光学系统，这条 直线称为光轴
.
TOP 66A光 学 系 统 示 意 图 9
物像的基本概念
3.成像：以A为顶点的入 射光束经光学系统一系 列表面折射和反射后， 变为以A’点为顶点的出 射光束，称A为物点，A’ 为像点，A’为物点A的像； 物所在的空间称为物空 间 像所在的空间称为像空 间
反射光线与入射光线 和法线在同一平面内， 入射光线与反射光线 分别位于法线的两侧， 与法线夹角相同
I”=-I
.
7
光的全反射
当光线由光密介质向 光疏介质传播时，根 据折射定律可知，因 n’<n 则 I’>I,当 SinIm=n’/n时，这些 光线不再折射到另一 介质，而按反射定律 在界面上被全部反射
的共轭点必位于该直线的共轭线上。
此假设1841年由高斯建立，故称为高斯光学。
.
14
2.理想光学系统的基点、焦距
平行于光轴的入射光线AE,经 系统后，沿G’F’方向射出， 交于像方F’点，沿光轴入射的 光线经系统后仍沿光轴出射。 由于像方的出射光线G’F’和 OkF’分别与物方的入射光线 AE1和FO1共轭，故像方F’点 在物方的共轭点必是光线AE1、 和FO1的交点，它位于左方无 穷的光轴上，故F’即为无穷远 轴上点的像，称为光学系统 的像方焦点。
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U f2
f 2
聚光本领
物镜的聚光本领是描述物镜聚集光通量能力的物理量，可以 用象面的照度来量度。
分辨本领
瑞利判据：总照度分布曲线中央有下凹部分，其对应强度不超过每 一分布曲线最大值的74%，当一个中央亮斑的最大值位置恰和另一个中 央亮斑的最小值位置相重合时，两个像点刚好能被分辨。
36
第四章 光学仪器的基本原理
32
第三章 几何光学基本原理
球面折射对光束单心性的破坏
n
l P
A
n
l P
Or C
s
s
B
近轴光线条件下球面折射的物像公式
n n n n s s r
33
第三章 几何光学基本原理
横向放大率
在近轴光线和近轴物
Q
的条件下，垂直于主轴的 y
物所成的像仍然是垂直于
P
O
主轴的，像的横向大小与 物的大小之比值为横向放
棱镜
棱镜是一种常见的光学元件，它的主要用途有两种：作为色散 元件和利用光的棱镜内的全反射来改变光束的方向，即转向元件。
棱镜材料的折射率为：
n
sin i1
sin
0
2
A
sin i2
sin A
2
30
第三章 几何光学基本原理
符号法则
球面的中心点O称为顶 点，球面的球心C称为 曲率中心，球面的半径 称为曲率半径，连接顶 点和曲率中心的直线CO 称为主轴，通过主轴的 平面称为主平面。主轴 对于所有主平面具有对 称性。
u
sin2 N(d sin
sin2(d sin )
)
I0
s in 2 u2
u
sin2 Nv sin2 v
最新光学课件第一章.教学讲义ppt
10
1.1.4 干涉现象是波动的特征
在对光的研究和观察中，人们发现了在 光传播过程中，光具有携带能量传播的本领。 波动在传递能量时，能量以振动的形式在物 质中依次转移，物质本身并不随波动而移动； 微粒要传递能量就必须移动微粒本身，也就 是微粒和能量一起移动。波动和微粒传递能 量的主要区别在于：波动是物质不动，微粒 则物质必须移动，但是仅从能量的传递还不 能确定光时波动还是微粒的，还必须寻找更 多的证据来说明光的波动性或微粒性。
强度相加而成，其实不是。从推导过程看，
最后的合振动都是从振幅平方的瞬时相加，
最后求平均而成的。这两者是完全不同的，
应加以注意。
19
（3）结论 1）相干
当相位差仅随空间各点位置变化时， 合振动的强度就会随空间各点作周期变化， 使得有些点加强，有些点减弱。这样，空 间就显示出干涉花样，发生了干涉现象。
14
2、合振动的强度
IA210A2d t10
A2A22AAcosd
1
2
12
2
1
A12A222A1A210cos21dt
（1）:
= 常数，则：
2
1
10 co 2s1d tco 2s1
I
A2
A2 1
A2 2
2A1 A2cos
2
1
15
1) 相位相同
2
1
2
j
,
j 0, 1, 2, 3,
cos2
1
1
I
A2 1
A2 2
2 A1 A2
A1 A2
2
— —干涉相长
或加强
2) 相位相反
2j1, j0,1,2,3 , co s1
21
1.1.4 干涉现象是波动的特征
在对光的研究和观察中，人们发现了在 光传播过程中，光具有携带能量传播的本领。 波动在传递能量时，能量以振动的形式在物 质中依次转移，物质本身并不随波动而移动； 微粒要传递能量就必须移动微粒本身，也就 是微粒和能量一起移动。波动和微粒传递能 量的主要区别在于：波动是物质不动，微粒 则物质必须移动，但是仅从能量的传递还不 能确定光时波动还是微粒的，还必须寻找更 多的证据来说明光的波动性或微粒性。
强度相加而成，其实不是。从推导过程看，
最后的合振动都是从振幅平方的瞬时相加，
最后求平均而成的。这两者是完全不同的，
应加以注意。
19
（3）结论 1）相干
当相位差仅随空间各点位置变化时， 合振动的强度就会随空间各点作周期变化， 使得有些点加强，有些点减弱。这样，空 间就显示出干涉花样，发生了干涉现象。
14
2、合振动的强度
IA210A2d t10
A2A22AAcosd
1
2
12
2
1
A12A222A1A210cos21dt
（1）:
= 常数，则：
2
1
10 co 2s1d tco 2s1
I
A2
A2 1
A2 2
2A1 A2cos
2
1
15
1) 相位相同
2
1
2
j
,
j 0, 1, 2, 3,
cos2
1
1
I
A2 1
A2 2
2 A1 A2
A1 A2
2
— —干涉相长
或加强
2) 相位相反
2j1, j0,1,2,3 , co s1
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光电信息材料与器件
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2020/8/17
相关书目
※信息材料导论 林 健 化学工业出版社
※电子材料导论 李言荣 等
※无机材料化学 林建华 等
※传感器敏感功 能材料及应用 倪星元 等
※OLED有机电致发 光材料与器件 陈金鑫 等
※微系统和纳米
技术
周兆英 等
清华大学出版社 北京大学出版社 化学工业出版社 清华大学出版社 科学出版社
能源
材料
无机 材料
有机 材料
信息
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2020/8/17
二十一世纪——信息时代
信息技术
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2020/8/17
Internet of Things
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2020/8/17
材料的分类
分类方式 性能特征 化学键
功能
服役领域 形态和结构
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2020/8/17
授课安排
授课老师: 仪明东
E-mail: iammdyi@ 地址：教5-310房间
考核方式:
开卷考试＋专题讨论
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2020/8/17
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第一章 导论
现代经济 重要支柱
Pyroelectric effect
Light
Photovoltaic effect
Sensor
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Magnetization
Elect.-mag. effect Pemeability Piezomag. effect
回主目录
Strain
Temperature
Light
Converse Piezo-effect
感器材料 6.激光材料：氧化物玻璃，非氧化物玻璃，晶体
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2020/8/17
信息材料的发展历程
微电子材料
Ge
Si
三极管
MOS 集成电路
光电子材料
CdS Nd3+:YAG 光纤 超晶格 光探测器 激光器 光信息器件
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2020/8/17
信息传感材料
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2020/8/17
Adhesion > Cohesion Adhesion < Cohesion
Adhesion << Cohesion
量子尺寸效应：
量子尺寸效应：低维结构中电子运动因受约束而出现的量子能级分 裂、带隙增大等效应称为量子尺寸效应。
• 当量子阱的宽度w等于或小于电子的德布洛意波长d时，处于量
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2020/8/17
信息材料的发展方向
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2020/8/17
The Lycurgus Cup (glass; British Museum; 4th century A. D.)
When illuminated from outside, it appears green. However, when Illuminated from within the cup, it glows red. Red color is due to very small amounts of gold powder (about 40 parts per million)
液晶显示器LCD 等离子显示器PDP
场发射显示器 FED 有机／高分子 平板显示器 OLED
非平板显示
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平板显示返回
2020/8/17
OLED & OPV
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Flexible PV cell!!
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2020/8/17
OPV---Single Structure
功能材料、结构材料
类别
金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材 料
电功能材料、磁功能材料、热功能材料、力功能材料、 光功能材料、声功能材料、化学功能材料、生物医学功 能材料和核功能材料
建筑材料、生物医学材料、信息材料、能源材料
薄膜材料、超微细材料、纤维材料、多孔材料、无气孔 材料、复合材料、多层材料与非晶材料、纳米材料、弥 散强化材料
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2020/8/17
信息材料的概念
所谓的信息材料是指用于信息的获取、存 储、处理、传递和显示的微电子材料和光 电子材料。
信息材料 information materials
微电子材料 microelectronics materials
光电子材料 photoelectron materials
Photostriction
Refractive index
Actuator
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2020/8/17
Technology Progress
1947 Interconnect
Transistor
8 layers Cu
2006
30nm Gate Lg
显示技术发展趋势
第三代技术
第二代技术
第一代技术
晶体管显示器CRT
子阱中的电子沿量子阱生长方向的运动受到限制而不能自由运动； 这时，电子的能态由体材料的连续分布变为一系列的离散量子能级。 按照量子力学计算，量子能级间的能量差 与量子阱的宽度 w 的 平方成反比。W 越小， 越大，即电子受约束的程度越强。
Magnetostriction
Elastic constant
Thermal expansion
Elect.-caloric effect Mag.-caloric effect
Specific heat
Elect.-opic effect
Mag.-optic effect
Photoelastic effect
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8/17
信息材料的分类
1.信息处理材料：微电子材料（Si,GaAs,SOI,III-IV） 2.信息存储材料：磁性合金薄膜，存储介质，有机存储
材料 3.信息传递材料：溶石英光纤 4.信息显示材料：液晶，有机电子材料，荧光粉 5.信息获取材料：探测器材料（III-IV和II-VI为主），传
INPUT
MATERIAL DEVICE
OUTPUT
OUTPUT Charge
INPUT
Current
Electric Field Permittivity
Conductivity
Magnetic Field Mag.-elect.
effect
Stress
Piezoelectric effect
Heat
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相关书目
※信息材料导论 林 健 化学工业出版社
※电子材料导论 李言荣 等
※无机材料化学 林建华 等
※传感器敏感功 能材料及应用 倪星元 等
※OLED有机电致发 光材料与器件 陈金鑫 等
※微系统和纳米
技术
周兆英 等
清华大学出版社 北京大学出版社 化学工业出版社 清华大学出版社 科学出版社
能源
材料
无机 材料
有机 材料
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二十一世纪——信息时代
信息技术
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Internet of Things
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材料的分类
分类方式 性能特征 化学键
功能
服役领域 形态和结构
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授课安排
授课老师: 仪明东
E-mail: iammdyi@ 地址：教5-310房间
考核方式:
开卷考试＋专题讨论
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第一章 导论
现代经济 重要支柱
Pyroelectric effect
Light
Photovoltaic effect
Sensor
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Magnetization
Elect.-mag. effect Pemeability Piezomag. effect
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Strain
Temperature
Light
Converse Piezo-effect
感器材料 6.激光材料：氧化物玻璃，非氧化物玻璃，晶体
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信息材料的发展历程
微电子材料
Ge
Si
三极管
MOS 集成电路
光电子材料
CdS Nd3+:YAG 光纤 超晶格 光探测器 激光器 光信息器件
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信息传感材料
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Adhesion > Cohesion Adhesion < Cohesion
Adhesion << Cohesion
量子尺寸效应：
量子尺寸效应：低维结构中电子运动因受约束而出现的量子能级分 裂、带隙增大等效应称为量子尺寸效应。
• 当量子阱的宽度w等于或小于电子的德布洛意波长d时，处于量
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信息材料的发展方向
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The Lycurgus Cup (glass; British Museum; 4th century A. D.)
When illuminated from outside, it appears green. However, when Illuminated from within the cup, it glows red. Red color is due to very small amounts of gold powder (about 40 parts per million)
液晶显示器LCD 等离子显示器PDP
场发射显示器 FED 有机／高分子 平板显示器 OLED
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OLED & OPV
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OPV---Single Structure
功能材料、结构材料
类别
金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材 料
电功能材料、磁功能材料、热功能材料、力功能材料、 光功能材料、声功能材料、化学功能材料、生物医学功 能材料和核功能材料
建筑材料、生物医学材料、信息材料、能源材料
薄膜材料、超微细材料、纤维材料、多孔材料、无气孔 材料、复合材料、多层材料与非晶材料、纳米材料、弥 散强化材料
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信息材料的概念
所谓的信息材料是指用于信息的获取、存 储、处理、传递和显示的微电子材料和光 电子材料。
信息材料 information materials
微电子材料 microelectronics materials
光电子材料 photoelectron materials
Photostriction
Refractive index
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Technology Progress
1947 Interconnect
Transistor
8 layers Cu
2006
30nm Gate Lg
显示技术发展趋势
第三代技术
第二代技术
第一代技术
晶体管显示器CRT
子阱中的电子沿量子阱生长方向的运动受到限制而不能自由运动； 这时，电子的能态由体材料的连续分布变为一系列的离散量子能级。 按照量子力学计算，量子能级间的能量差 与量子阱的宽度 w 的 平方成反比。W 越小， 越大，即电子受约束的程度越强。
Magnetostriction
Elastic constant
Thermal expansion
Elect.-caloric effect Mag.-caloric effect
Specific heat
Elect.-opic effect
Mag.-optic effect
Photoelastic effect
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信息材料的分类
1.信息处理材料：微电子材料（Si,GaAs,SOI,III-IV） 2.信息存储材料：磁性合金薄膜，存储介质，有机存储
材料 3.信息传递材料：溶石英光纤 4.信息显示材料：液晶，有机电子材料，荧光粉 5.信息获取材料：探测器材料（III-IV和II-VI为主），传
INPUT
MATERIAL DEVICE
OUTPUT
OUTPUT Charge
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Current
Electric Field Permittivity
Conductivity
Magnetic Field Mag.-elect.
effect
Stress
Piezoelectric effect
Heat