光学设计和光学工艺PPT培训课件
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《光学》PPT课件
6
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
•沈括（1031～1095年）所著《梦溪笔谈》中，论述了凹面镜、 凸面镜成像的规律，指出测定凹面镜焦距的原理、虹的成因。 培根（1214～1294年）提出用透镜校正视力和用透镜组成望 远镜的可能性。 阿玛蒂（1299年）发明了眼镜。 波特（1535～1561年）研究了成像暗箱。
沈括（1031～1095年） 培根（1214～1294年）
1、光的发射、传播和接收等规律 2、光和其他物质的相互作用。包括光的吸收、散射和色散。 光的机械作用和光的热、电、化学和生理作用（效应）等。 3、光的本性问题
4、光在生产和社会生活中的应用
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
3
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧
5
• 克莱门德（公元50年）和托勒玫（公元90～168年）研 究了光的折射现象，最先测定了光通过两种介质分界面 时的入射角和折射角。
• 罗马的塞涅卡（公元前3～公元65年）指出充满水的玻璃 泡具有放大性能。
• 阿拉伯的马斯拉来、埃及的阿尔哈金（公元965～1038 年）认为光线来自被观察的物体，而光是以球面波的形 式从光源发出的，反射线与入射线共面且入射面垂直于 界面。
几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
4
• 从内容上看，墨经中有八条关于光学方面的（钱临照， 物理通极，一卷三期，1951）第一条，叙述了影的定 义与生成；第二条说明光与影的关系；第三条，畅言 光的直线传播，并用针孔成像来说明；第四条，说明 光有反射性能；第五条，论光和光源的关系而定影的 大小；第六、七、八条，分别叙述了平面镜、凹球面 镜和凸球面镜中物和像的关系。欧几里德在《光学》 中，研究了平面镜成像问题，指出反射角等于入射角 的反射定律，但也同时反映了对光的错误认识——从 人眼向被看见的物体伸展着某种触须似的东西。
光学设计光学PPT教案
明适应：黑暗环境到明亮环境 暗适应：明亮环境到黑暗环境
第15页/共81页
引起光感觉的最小亮 度和最低光出射角度
应用：隧道路灯照明
明适应的时间较短，通常为10-3 s-2 min 暗适应的时间较长，通常为20分钟到一个小时
第16页/共81页
3 光度学基础
3.1 辐射度学与光度学 3.2 辐通量与光通量 3.3 发光强度 3.4 亮度 3.5 光出射度 3.6 照度 3.7 发光效率 3.8 各个物理量的关联
通量。 单位：流明/球面度（lm/sr）或坎德拉
（cd）。
Iv
d v d
坎德拉是国际单位制（SI）的基本单位，等于一个发射 频率5.4X1014Hz（555nm）的单色光，辐射强度为 1/683(W/sr)的光源的发光强度。
注意：发光强度的概念不能直接应用于不可看作为点
光源的众多光源。
第33页/共81页
第6页/共81页
2 人的视觉
第7页/共81页
视神经乳头
中央凹
（最敏感的地方）
黄斑
（密集着椎体细胞的 区域，颜色呈黄色）
第8页/共81页
（ 盲视 点神 ）经
盘 （ 视 神 经 乳 头 ）
杆体细胞
锥体细胞
锥体与杆体细 胞的混合系统 双极细胞
神经节 细胞
第9页/共81页
2 人的视觉
光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。 杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。 脉冲信号通过视神经传送到大脑。 从而产生视觉效应，使人们能看到物体。
第24页/共81页
1.3.2 辐通量与光通量
International Commission on Illumination （国际照明委员会），简称 CIE
第15页/共81页
引起光感觉的最小亮 度和最低光出射角度
应用：隧道路灯照明
明适应的时间较短，通常为10-3 s-2 min 暗适应的时间较长，通常为20分钟到一个小时
第16页/共81页
3 光度学基础
3.1 辐射度学与光度学 3.2 辐通量与光通量 3.3 发光强度 3.4 亮度 3.5 光出射度 3.6 照度 3.7 发光效率 3.8 各个物理量的关联
通量。 单位：流明/球面度（lm/sr）或坎德拉
（cd）。
Iv
d v d
坎德拉是国际单位制（SI）的基本单位，等于一个发射 频率5.4X1014Hz（555nm）的单色光，辐射强度为 1/683(W/sr)的光源的发光强度。
注意：发光强度的概念不能直接应用于不可看作为点
光源的众多光源。
第33页/共81页
第6页/共81页
2 人的视觉
第7页/共81页
视神经乳头
中央凹
（最敏感的地方）
黄斑
（密集着椎体细胞的 区域，颜色呈黄色）
第8页/共81页
（ 盲视 点神 ）经
盘 （ 视 神 经 乳 头 ）
杆体细胞
锥体细胞
锥体与杆体细 胞的混合系统 双极细胞
神经节 细胞
第9页/共81页
2 人的视觉
光线进入人眼的视网膜,杆状细胞和锥状细胞起作用。 杆体细胞和锥体细胞经电化学作用产生脉冲信号。 脉冲信号通过视神经传送到大脑。 从而产生视觉效应，使人们能看到物体。
第24页/共81页
1.3.2 辐通量与光通量
International Commission on Illumination （国际照明委员会），简称 CIE
光学设计与光学工艺ppt课件
样板匹配
出设计图纸
6
5
公差分析
二、光 学 设 计 过 程
提出合理技术指标 是 重新计算 外形尺寸? 否 是否可能满足要求 改变初始 结构? 是 否 否 像质是否达到要求 是 公差设计与工艺校核 是 初始结构设计 像差平衡 否 是否满足 工艺要求 是 理想光学系统外形尺寸计算 否
开始
结束
绘制光学系统图与零件图
1、光学设计中的材料选择
e.条纹度
由于玻璃内部的化学成分不均匀所 产生的局部缺陷，缺陷处的折射率 不同于主体的折射率。
用点光源和透镜组成的条纹仪，从最容易看见条纹的方向 上，与标准试样作比较检查。 条纹度分为4级
1、光学设计中的材料选择
f.气泡
玻璃中的气泡是玻璃在熔炼过程中， 气体来不及逸出所致。
Decenter（偏心）
样板的检测精度，光学设计 偏心包括两种，一种是简单的横 包括光学元件的厚度和机械元件 师应该与光学加工师沟通 支撑的间隔。 向偏心（上、下），另一种是使元 N=λ/2 ，普通的光学加工一般控制 在使用 ZEMAX软件模拟公差时， 件始终保持与机架座接触的“滚 在 5个光圈，较好的精度应该控制 公差操作数 TTHI有两个参数， 动”。两种偏心模型实际上完全不 在3个光圈以内。 表面不规则度可以通过局部 int1是用来定义公差的表面编号， 同。在滚动的情况下，与机架座接 光圈（△ N）来考察，工艺上 而int2 是作为补偿的表面编号， 触良好的左侧半径被良好地校准， 可以做到 0.3个光圈。 表面倾斜只发生的右侧表面上。 最小值和最大值是以镜头长度单 在ZEMAX里TSDX、TSDY用来 位表示的极值偏差。 实际上，有楔角的元件 与 光轴相 模拟一个标准表面的偏心公差，单 对于其机械轴倾斜 位为镜头长度（ mm的元件完全相 ）,而TEDX、 同，当旋转元件时，元件具有边缘 TEDY是用来模拟一个元件的偏心 厚度差。 公差，可以是准面也可以是非标 准面，int1、int2定义了一个镜头 组的边界面。
《光学》全套课件 PPT
τ
cosΔ
dt =0
τ0
I = I1 +I2
叠加后光强等与两光束单独照射时的光强之和，
无干涉现象
2、相干叠加 满足相干条件的两束光叠加后
I =I1 +I2 +2 I1I2 cosΔ 位相差恒定，有干涉现象
若 I1 I2
I =2I1(1+cosΔ
)
=4I 1cos2
Δ 2
Δ =±2kπ I =4I1
r2
§1-7 薄膜干涉
利用薄膜上、下两个表面对入射光的反射和 折射，可在反射方向(或透射方向)获得相干光束。
一、薄膜干涉 扩展光源照射下的薄膜干涉
在一均匀透明介质n1中
放入上下表面平行,厚度
为e 的均匀介质 n2(>n1)，
用扩展光源照射薄膜，其
反射和透射光如图所示
a
n1
i
a1 D
B
n2
A
n1 C
2、E和H相互垂直，并且都与传播方向垂直，E、H、u三者满 足右螺旋关系，E、H各在自己的振动面内振动，具有偏振性．
3、在空间任一点处
εE = μH
4、电磁波的传播速度决定于介质的介电常量和磁导率，
为
u= 1 εμ
在真空中u= c =
1 ≈3×108[m ε0μ0
s 1]
5、电磁波的能量
S
=E
×H ,
只对光有些初步认识，得出一些零碎结论，没有形
成系统理论。
二、几何光学时期
•这一时期建立了反射定律和折射定律，奠定了几何光学基础。
•李普塞（1587～1619）在1608年发明了第一架望远镜。
•延森（1588～1632）和冯特纳（1580～1656）最早制作了复 合显微镜。 •1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星 的卫星。 • 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律
光学零件工艺学课件
◆玻璃抛光机理
抛光是获得光学表面的最主要工序。其目的 消除精磨的破环层，达到规定的表面要求；经修面形，达到图纸要求的光圈数N和局部误差。也就是在玻璃或其它光学材料上，产生规则的透明表面。
抛光的本质是机械、化学和物理三种作用综合的结果。
机械磨削
★机械磨削
抛光与研磨的本质是相同的，都是坚硬的磨料对玻璃表面进行微小切削作用的结果。由于抛光是用较细的磨料，所以微小切削作用可以在分子范围内进行，使玻璃表面凸出部分被切削掉，逐渐形成光滑的表面。实验根据是
塌边 条纹边缘部位塌向加压点A。翘边 条纹边缘部位翘离加压点A， 图 一侧加压法判断塌边 图一侧加压法判断翘边（a）低光圈塌边 (b)高光圈塌边 （a）低光圈翘边； (b)高光圈翘边。
光圈的度量
光学零件的面形偏差是用光圈数表示的。光圈的度量包括下列三项面形偏差。 N——被检光学表面的曲率半径相对于参考光学表面曲率半径的偏差称半径偏差。此偏差所对应的光圈数用N表示‘ ——被检光学表面与参考光学表面在两个相互垂直方向上产生的光圈数不等所对应的偏差称象散偏差，此偏差所对应的光圈数用表示。 ——被检光学表面与参考光学表面在任一方向上产生的干涉条纹的局部不规则程度称局部偏差，此偏差所对应的光圈数用表示。 如果要求允许的最大象散光圈和局部光圈数相同时，可用同时表示两者的偏差。
像散偏差的判断
有像散存在就是光学表面的曲率半径不一样。用周边加压法或一侧加压法可以判断像散的大小。当N＞1时，光圈呈椭圆形；当N＜1时，两垂直方向上的条纹弯曲程度不同。
局部偏差的判断
局部误差包括局部低和局部高，塌边和翘边等，这种光圈的识别用一侧加压法判断。
像散偏差的判断
像散偏差的判断
-透镜曲率半径偏差
-直径之半
抛光是获得光学表面的最主要工序。其目的 消除精磨的破环层，达到规定的表面要求；经修面形，达到图纸要求的光圈数N和局部误差。也就是在玻璃或其它光学材料上，产生规则的透明表面。
抛光的本质是机械、化学和物理三种作用综合的结果。
机械磨削
★机械磨削
抛光与研磨的本质是相同的，都是坚硬的磨料对玻璃表面进行微小切削作用的结果。由于抛光是用较细的磨料，所以微小切削作用可以在分子范围内进行，使玻璃表面凸出部分被切削掉，逐渐形成光滑的表面。实验根据是
塌边 条纹边缘部位塌向加压点A。翘边 条纹边缘部位翘离加压点A， 图 一侧加压法判断塌边 图一侧加压法判断翘边（a）低光圈塌边 (b)高光圈塌边 （a）低光圈翘边； (b)高光圈翘边。
光圈的度量
光学零件的面形偏差是用光圈数表示的。光圈的度量包括下列三项面形偏差。 N——被检光学表面的曲率半径相对于参考光学表面曲率半径的偏差称半径偏差。此偏差所对应的光圈数用N表示‘ ——被检光学表面与参考光学表面在两个相互垂直方向上产生的光圈数不等所对应的偏差称象散偏差，此偏差所对应的光圈数用表示。 ——被检光学表面与参考光学表面在任一方向上产生的干涉条纹的局部不规则程度称局部偏差，此偏差所对应的光圈数用表示。 如果要求允许的最大象散光圈和局部光圈数相同时，可用同时表示两者的偏差。
像散偏差的判断
有像散存在就是光学表面的曲率半径不一样。用周边加压法或一侧加压法可以判断像散的大小。当N＞1时，光圈呈椭圆形；当N＜1时，两垂直方向上的条纹弯曲程度不同。
局部偏差的判断
局部误差包括局部低和局部高，塌边和翘边等，这种光圈的识别用一侧加压法判断。
像散偏差的判断
像散偏差的判断
-透镜曲率半径偏差
-直径之半
光学设计ppt课件
4
光学设计方法
光学设计方法随使用工具的更新而改变面貌。使用电子计算机之前的方法统称 为“手工”设汁法。那时主要通过追迹光线，计算像差和逐次修改结构参数使之 接近使用要求的方法来做设计。 电子计算机的使用，使得对光学系统(特别是复杂 系统)的分析计 算更加完善了，进而使光学自动设计逐步发展起来。
任何光学系统都不可能把所有各种像差都校正到理想。所以，设计时我们应 该根据像差理论对系统提出尽量合理的像差要求。即使是利用电子计算机做自动 设计，这一点也是很重要的。 用优化技术来自动平衡光学系统的像差时，如果要 求提得太多，且提出了矛盾的要求(例如同时提出正弦条件和赫谢耳条件)，就可能 产生“病态”方程，使自动平衡不能顺利进行。
3
参考书目
R.Kinslake, Lens design Fundamental, 1978. R.Kinslake, optical system design,1983, Academic Press.
这位百岁老人去年刚去世，他是A.E.Conrady的学生，从上世纪三十年代 被请到美国，美国的光学工业大致是他的学生们发展起来的。 iKin , Lens design, 1991,Marchl Dekker. 非常实用的各种光学系统 设计，有新版。 R.E. Fischer, Optical system design, 2000,McGraw Hill. 此人从上世纪八十年代一直到现在，都在SPIE Photonics West 之类的会 上讲Short Courses——”光学设计”，本书属于这种教材。 斯留萨列夫， 谈光学中一些可能的和不可能的问题，1966，科学出版社。 本书可启发人们去认真思考问题。 张以谟，应用光学，机械工业出版社，中国高校教科书 王之江，光学设计理论基础，1985，科学出版社。本教材的公式取自此 书。
光学设计方法
光学设计方法随使用工具的更新而改变面貌。使用电子计算机之前的方法统称 为“手工”设汁法。那时主要通过追迹光线，计算像差和逐次修改结构参数使之 接近使用要求的方法来做设计。 电子计算机的使用，使得对光学系统(特别是复杂 系统)的分析计 算更加完善了，进而使光学自动设计逐步发展起来。
任何光学系统都不可能把所有各种像差都校正到理想。所以，设计时我们应 该根据像差理论对系统提出尽量合理的像差要求。即使是利用电子计算机做自动 设计，这一点也是很重要的。 用优化技术来自动平衡光学系统的像差时，如果要 求提得太多，且提出了矛盾的要求(例如同时提出正弦条件和赫谢耳条件)，就可能 产生“病态”方程，使自动平衡不能顺利进行。
3
参考书目
R.Kinslake, Lens design Fundamental, 1978. R.Kinslake, optical system design,1983, Academic Press.
这位百岁老人去年刚去世，他是A.E.Conrady的学生，从上世纪三十年代 被请到美国，美国的光学工业大致是他的学生们发展起来的。 iKin , Lens design, 1991,Marchl Dekker. 非常实用的各种光学系统 设计，有新版。 R.E. Fischer, Optical system design, 2000,McGraw Hill. 此人从上世纪八十年代一直到现在，都在SPIE Photonics West 之类的会 上讲Short Courses——”光学设计”，本书属于这种教材。 斯留萨列夫， 谈光学中一些可能的和不可能的问题，1966，科学出版社。 本书可启发人们去认真思考问题。 张以谟，应用光学，机械工业出版社，中国高校教科书 王之江，光学设计理论基础，1985，科学出版社。本教材的公式取自此 书。
光学设计培训
主要内容
1
光学基本知识
2
导光板光学设计原理
3
Lighttools功能与背光源设计
光学基本知识
▪ 光是什么?
光的实质是电磁波，光是一种具有波粒二象性 的物质。可见光的波长范围是390-760nm，白 光是复色光。
光学基本知识
▪ 光学的几个概念
1、光的直线传播定律 在各向同性介质中，光是沿 直线传播的。
导光板光学设计原理
▪ 如何破坏光的全反射现象呢？ 根据全反射定律，有两种方式破坏全反射现象： 1.改变法线的方向；
2.改变从光密介质射入光疏介质的状态；
导光板光学设计原理
▪ 导光板光学设计原理 导光板光学的设计原理即：通过合理设计能够破 坏光的全反射现象的微结构，使光能够从导光板 的出光面均匀的发射出来。
▪ 在模拟完成后，结果通过接收面的照度图表现出来。这个
就是根据我们设置的各项参数、网点分布，理想状态下我 们能够得到的结果。
▪ 从这个结果我们能够知道每个mesh上得到的光照度值的
大小。
Lighttools背光源设计
四、利用BPO进行网点优化
▪ 优化的三个要素
误差函數Merit Function (Error Function)： 系统的误差函数是单一的数值，该值为0时标示以达成目标
导光板光学设计原理
▪ 光在导光板中会发生什么现象？ ▪ 当光从光源进入到导光板入光端面时，光发生反
射反射和折射现象。
假设光源的发光角度为180°，即入射角为0°-90°，根据折射定律，折 射角的范围为0°-42°。
导光板光学设计原理
▪ 光在导光板中会发生什么现象？ ▪ 当光进入导光板后，传播至导光板的上下表面时，
二、设置各部件的参数、光学属性
1
光学基本知识
2
导光板光学设计原理
3
Lighttools功能与背光源设计
光学基本知识
▪ 光是什么?
光的实质是电磁波，光是一种具有波粒二象性 的物质。可见光的波长范围是390-760nm，白 光是复色光。
光学基本知识
▪ 光学的几个概念
1、光的直线传播定律 在各向同性介质中，光是沿 直线传播的。
导光板光学设计原理
▪ 如何破坏光的全反射现象呢？ 根据全反射定律，有两种方式破坏全反射现象： 1.改变法线的方向；
2.改变从光密介质射入光疏介质的状态；
导光板光学设计原理
▪ 导光板光学设计原理 导光板光学的设计原理即：通过合理设计能够破 坏光的全反射现象的微结构，使光能够从导光板 的出光面均匀的发射出来。
▪ 在模拟完成后，结果通过接收面的照度图表现出来。这个
就是根据我们设置的各项参数、网点分布，理想状态下我 们能够得到的结果。
▪ 从这个结果我们能够知道每个mesh上得到的光照度值的
大小。
Lighttools背光源设计
四、利用BPO进行网点优化
▪ 优化的三个要素
误差函數Merit Function (Error Function)： 系统的误差函数是单一的数值，该值为0时标示以达成目标
导光板光学设计原理
▪ 光在导光板中会发生什么现象？ ▪ 当光从光源进入到导光板入光端面时，光发生反
射反射和折射现象。
假设光源的发光角度为180°，即入射角为0°-90°，根据折射定律，折 射角的范围为0°-42°。
导光板光学设计原理
▪ 光在导光板中会发生什么现象？ ▪ 当光进入导光板后，传播至导光板的上下表面时，
二、设置各部件的参数、光学属性
光学 课件 ppt格式
量子蛮缠
量子蛮缠是量子力学中的一种现象，指两个或多个量子系统之间存在一种特殊的关联，使得它们的状态无法单独描写，只能用整体的态来描写。
量子计算
量子计算是一种基于量子力学原理的计算方式，利用量子比特作为计算基本单位，可以实现更高效的信息处理和计算能力，是当前信息技术领域的研究热点之一。
THANKS
感谢您的观看。
晶体光学在科技领域的应用
05
CHAPTER
光与物质的相互作用
描写光的吸取现象及其原理。
总结词
当光与物质相互作用时，物质会吸取一定波长的光，导致光的能量减少。光的吸取与物质的种类、浓度和厚度等因素有关。不同物质对不同波长的光有不同的吸取特性，这是光谱分析的基础。
详细描写
总结词
描写光的散射现象及其原理。
应用
种类
反射镜可以分为平面反射镜和凹面反射镜。平面反射镜可以将光线平行反射，而凹面反射镜可以将光线聚焦于一点。
种类
反射镜在各种光学仪器中都有广泛应用，如投影仪、反射式望远镜等。它们能够改变光线的路径，将光线聚焦或平行反射。
应用
种类
棱镜可以分为直角棱镜和三棱镜。直角棱镜可以将光线分为两束互相垂直的光线，而三棱镜可以将白光分解成不同颜色的光谱。
应用
棱镜在各种光学仪器中都有广泛应用，如分光仪、光谱仪等。它们能够将光线分解或偏转，从而改变光线的颜色和方向。
种类
光谱仪可以分为色散型光谱仪和干涉型光谱仪。色散型光谱仪利用棱镜或光栅将光谱分开，而干涉型光谱仪利用干涉原理将光谱分成不同的波长。
应用
光谱仪在科学研究、工业生产和质量控制中都有广泛应用。它们能够分析物质的结构和组成，检测化学反应和污染物等。光谱仪在天文、物理和化学等领域也有重要的应用价值，例如研究天体的体是一种具有周期性折射率变化的特殊材料，能够控制光子的传播，有望在光子集成电路、光子器件等领域发挥重要作用。
《光学》全套课件 PPT
[美]机载激光系统
•近年又产生了付立叶光学和非线性光学。 •付立叶光学：将数学中的付立叶变换和通讯中的线性系 统理论引入光学。
§1-1 光的电磁理论
一、光的电磁理论 按照麦克斯韦电磁场理论，变化的电场会产生变化 的磁场，这个变化的磁场又产生变化的电场，这样变化 的电场和变化的磁场不断地相互激发并由近及远地传播 形成电磁波。
•1610年，伽利略用自己制造的望远镜观察星体，发现了木星 的卫星。
• 斯涅耳和迪卡尔提出了折射定律
三、波动光学时期
• 1801年，托马斯· 杨做出了光的双缝干涉实验 • 1808年，马吕发现了光在两种介质界面上反射时的偏振性。
托马斯· 杨
பைடு நூலகம்
惠更斯
牛顿
• 1815年，菲涅耳提出了惠更斯——菲涅耳原理 • 1845年，法拉弟发现了光的振动面在强磁场中的旋转，揭 示了光现象和电磁现象的内在联系。 • 1865年，麦克斯韦提出，光波就是一种电磁波 通过以上研究，人们确信光是一种波动。
三、研究方法
实验 ——假设 ——理论 ——实验
§0-2 光学发展简史
一、萌芽时期 世界光学的（知识）最早记录，一般书上说是古希腊欧 几里德关于“人为什么能看见物体”的回答，但应归中国的 墨翟。从时间上看，墨翟（公元前468～376年），欧几里德 （公元前330～275年），差一百多年。
墨翟（公元前468～376年）
红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
760nm~630nm 630nm~590nm 590nm~570nm 570nm~500nm 500nm~460nm 460nm~430nm 430nm~400nm
光在不同媒质中传播时，频率不变，波 长和传播速度变小。 折射率 n = c = ε μ r r
2024版年度《光学》全套课件
2024/2/2
常见衍射现象
单缝衍射、圆孔衍射、光栅衍射 等。 03
衍射现象应用
04 光谱分析、光学成像等。
15
偏振现象及其产生原因分析
偏振现象定义
偏振是指光波中电场矢量方向在传播过程中有规则变化的现 象。
偏振产生原因
光波为横波，其电场矢量与磁场矢量相互垂直，且均垂直于 传播方向。当光波经过某些物质时，其电场矢量方向受到限 制，从而产生偏振现象。
3
光电效应规律及应用 总结光电效应的规律，如光电效应方程、截止频 率等，并探讨其在现代科技中的应用。
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20
玻尔原子模型及其意义探讨
2024/2/2
玻尔原子模型提出背景
介绍玻尔提出原子模型的背景，包括当时物理学界对原子结构的 认识以及存在的困难。
玻尔原子模型内容及假设
详细阐述玻尔原子模型的内容，包括原子的定态假设、频率法则以 及电子的跃迁等。
《光学》全套课件
2024/2/2
1
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
2024/2/2
2
2024/2/2
01
光的本质与传播
3
光的波粒二象性
2024/2/2
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。
普朗克黑体辐射公式
02
介绍普朗克为解决黑体辐射问题提出的能量量子化假设，以及
由此导出的黑体辐射公式。
公式验证及意义
03
通过实验验证普朗克公式的正确性，并探讨其在物理学史上的
重要意义。
19
光学教程-总结ppt课件
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
光学设计 ppt课件
ppt课件
12
光路计算
在不同视场、不同孔径、不同色光等条件下，对大量光线， 用准确的三角方法，通过光线追迹计算出射光线。通过近轴 “光路计算”可求得理想像点的位置；通过实际光线的追迹并 与理想像比较得到的各像差值。可以做出各种表示像差的曲线， 有经验的设计师往往一看这些曲线就能知道系统的缺陷所在。
nd -1
分子是可见光谱段两个边界波长的折射率之差，分母是光学材料在 中间光谱的折射率与它在空气中折射率（相对于所有波长都是1）之差。
ppt课件
28
1.6 玻璃的特性
色散
一种测色散的方法是取比值：D
nF - nC nd -1
分子是可见光谱段两个边界波长的折射率之差，分母是光学材料在中间光 谱的折射率与它在空气中折射率（相对于所有波长都是1）之差。
ppt课件
14
系统的修改
随着计算机性能的不断提高，许多告诉计算机程序能用最小二 乘法同时修改几个参数以改变多种相差，为系统设计带来了巨大的 便利。
光学设计师在做镜头设计时，其中一部分既占据时间又消耗精 力的工作是系统一级以及三级的手动计算。
所谓系统的一级特性是指能用近轴公式描述的系统性质，包括 等效焦距和后焦距；F数；像的位置；像的大小；主面位置；顶点 与主面间的间隔；入瞳的大小和位置；出瞳的大小和位置；拉格朗 日不变量；轴向和横向色差等。
ppt课件
9
ppt课件
10
1.2 镜头的设计步骤
镜头要预先设计好才能加工，也就是说，要预先计算或规定好各组 元的表面曲率半径、厚度、空气间隔和口径，以及所采用的玻璃牌号。 这些正是光学设计师的主要共作。
影响镜头成像质量的各种像差， 可以通过改变镜头结构来消除或校正， 改动的镜头参数称为“自由度”，包 括各面的曲率半径、厚度与空气间隔、 各镜片所用玻璃的折射率和色散率， 以及孔径光阑的位置等。
光学的课堂教学课件PPT
普朗克公式
为了解释黑体辐射的实验结果，普朗克提出了一个假设，即 能量不是连续的，而是以离散的“量子”形式存在。他推导 出了一个公式来描述黑体辐射的光谱分布，该公式与实验结 果非常吻合。
光电效应与爱因斯坦方程
光电效应
当光照射在物质上时，物质会吸收光子的能量并释放出电子，这种现象被称为 光电效应。
爱因斯坦方程
激光器及其工作原理。
激光的应用
概述激光在科研、工业、医疗 等领域的应用，如激光切割、
激光打印、激光治疗等。
光纤通信原理与技术
光纤通信的基本原理
解释光纤通信中光的传输原理 ，包括光的全反射、光纤的波
导特性等。
光纤通信系统的组成
介绍光纤通信系统的基本构成 ，包括光源、光检测器、光纤 等部分。
光纤通信的关键技术
实验器材
光源、光屏、透镜、测量尺。
实验一：测量透镜焦距
实验步骤
1. 将光源、透镜、光屏依次放置在同一直线上。
2. 调整光源和光屏的位置，使得光源发出的光经过透镜后能在光屏上形成清晰的像 。
实验一：测量透镜焦距
01
3. 测量光源到透镜的距离u和透 镜到光屏的距离v。
02
4. 利用成像公式1/u + 1/v = 1/f 计算透镜的焦距f。
透镜成像原理
透镜的种类
透镜的应用
透镜分为凸透镜和凹透镜两种，它们 对光线有不同的会聚或发散作用。
透镜在日常生活和科技领域中有广泛 应用，如眼镜、相机镜头等。
透镜成像规律
物体通过透镜成像遵循一定的规律， 如物距、像距与焦距之间的关系等。
眼睛与视觉系统
眼睛的结构
眼睛主要由角膜、虹膜、晶状体 、视网膜等部分组成，它们共同
为了解释黑体辐射的实验结果，普朗克提出了一个假设，即 能量不是连续的，而是以离散的“量子”形式存在。他推导 出了一个公式来描述黑体辐射的光谱分布，该公式与实验结 果非常吻合。
光电效应与爱因斯坦方程
光电效应
当光照射在物质上时，物质会吸收光子的能量并释放出电子，这种现象被称为 光电效应。
爱因斯坦方程
激光器及其工作原理。
激光的应用
概述激光在科研、工业、医疗 等领域的应用，如激光切割、
激光打印、激光治疗等。
光纤通信原理与技术
光纤通信的基本原理
解释光纤通信中光的传输原理 ，包括光的全反射、光纤的波
导特性等。
光纤通信系统的组成
介绍光纤通信系统的基本构成 ，包括光源、光检测器、光纤 等部分。
光纤通信的关键技术
实验器材
光源、光屏、透镜、测量尺。
实验一：测量透镜焦距
实验步骤
1. 将光源、透镜、光屏依次放置在同一直线上。
2. 调整光源和光屏的位置，使得光源发出的光经过透镜后能在光屏上形成清晰的像 。
实验一：测量透镜焦距
01
3. 测量光源到透镜的距离u和透 镜到光屏的距离v。
02
4. 利用成像公式1/u + 1/v = 1/f 计算透镜的焦距f。
透镜成像原理
透镜的种类
透镜的应用
透镜分为凸透镜和凹透镜两种，它们 对光线有不同的会聚或发散作用。
透镜在日常生活和科技领域中有广泛 应用，如眼镜、相机镜头等。
透镜成像规律
物体通过透镜成像遵循一定的规律， 如物距、像距与焦距之间的关系等。
眼睛与视觉系统
眼睛的结构
眼睛主要由角膜、虹膜、晶状体 、视网膜等部分组成，它们共同
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阿贝数的不同
“轻”——“Q” “重”——“Z”
折射率的高低
钡冕 ——BaK 钡火石——BaF 镧冕 ——LaK 镧火石——LaF
二、光 学 设 计 过 程
瑞利判断
适用于小象差系统如： 望远物镜、显微物镜等。 实际波面与理想波面之 间的最大波象差不超过
1/4 波长
象质评价 的方法
分辨率
点列图
光学传递 函数
用于评价大象差系统
客观、可靠、便于计算 和测量，不仅能用于光 学设计结果的评价，还 能控制光学系统设计的 过程、镜头检验、光学 总体设计等各方面。
用光学计算程序进行光路计算，算出全部象差 及各种象差曲线; 找出影响光学系统成象质量的主要象差是哪些; 找出改进办法，进行象差校正; 反复进行象差分析、校正及平衡，直到满足成 象质量要求为止。
二、光 学 设 计 过 程
3、象质评价
光学设计者必须对各种光学系统的剩余象差的允 许值和象差公差有所了解，以便根据剩余象差的 大小判断光学系统的成象质量。
二、光 学 设 计 过 程
4、样板匹配
对 于厂球家面样元板库件，一般根据H厂EN家G样YI板.TP库D就来是进恒行益曲公率司半的样板
径 选Z择em。ax>>Tools>>Test
库
自Pl动ate匹s>配> Te利st P用la软te 件自带的样板匹配功能进 行自Fit动tin匹g>配>选；择样板库
光学设计和光学工艺
目录
一
引言
二
光学设计过程
三 光学设计过程中考虑问题
四 六倍放大镜的加工
光学系统实现过程
光学设计 光学零件加工 机械零件加工
客户 提出需求
光学机械设计 光学零件检验 机械零件检验
系统总体装调及检验
一、引 言
光学设计宗旨：
满足技术 要求
便于制造
节省成本
客户 需求
二、光 学 设 计 过 程
隔）
楔角/同心度/倾斜
Decenter（偏心）
样板的检测精度，光学设计 包偏师括心应光包该学括与元两光件种学的，加厚一工度种师和是沟机简通械单元的件横 向N支=偏撑λ心/的2，（间普上隔通、。的下光）学，加另工一一种般是控使制元 件在始5使个终用光保Z圈E持M，与A较机X软好架件的座模精接拟度触公应的差该“时控滚，制 动公表”差面。操不两作规在种数则3偏个T度T心光H可模I圈有以型以两通实内个过际。参局上数部完，全不 同光in。t圈1在是（滚用△动来N）的定来情义考况公察下差，，的工与表艺机面上架编座号接， 触而良in可好t2以的是做左作到侧为0半补.3径偿个被的光良表圈好面。地编校号准，， 表最面小倾值斜和只最发大生值的是右以侧镜表头面长上度。单 位在表Z示E的MA极X值里偏TS差D。X、TSDY用来 模实拟际一上个，标有准楔表角面的的元偏件心与公光差轴，相单 位对为于镜其头机长械度轴（倾m斜m的）元,而件T完ED全X相、 同TE，D当Y是旋用转来元模件拟时一，个元元件件具的有偏边心缘 公差，可以是厚标度准差面。也可以是非标 准面，int1、int2定义了一个镜头 组的边界面。
公差分析宗旨:
使最差情况下的传递函数由于工艺因素的总下降 量不大于0.15，以便探测器仍能分辨它对应的空
间频率。
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
二、光 学 设 计 过 程
性能合理镜头的首选公差
Radius（半径）
Fringes（光圈） Irregular（表面不规
则度） Thickness（厚度/间
公差设计与工艺校核
绘制光学系统图与零件图
否
是否满足 工艺要求 是
二、光 学 设 计 过 程
1、初始结构的计算和选择
根据初级象差理论求解初始结构
从已有的资料中选择初始结构
一个不好的初始结构， 再好的自动设计程序和 有经验的设计者也无法
使设计获得成功
二、光 学 设 计 过 程
2、象差校正和平衡
二、光 学 设 计 过 程
像差校正与平衡 2
3 像质评价
初始结构 计算与选择 1
设计 过程
4 样板匹配
出设计图纸 6
5 公差分析
二、光 学 设 计 过 程
提出合理技术指标
开始
是
理想光学系统外形尺寸计算
重新计算
否
否
外形尺寸?
是否可能满足要求
改变初始 结构?
是 是
初始结构设计
否 像差平衡
否
结束
像质是否达到要求 是
1
材料选择的问题
2
零件技术指标的问题
3
标准零件图纸的问题
4
加工工艺及成本的问题5检验方案的问题 Nhomakorabea6
加工超差补救的问题
1、光学设计中的材料选择
材料选择的宗旨：
既能满足设计要求，同时有利于加工， 价格合理
在绘制图纸阶段须对材料提出严格要求，材料本 身问题引发的后续问题在后续阶段很难发现。
材料性能、加工成本及加工难度相差很大，有些 大口径光学材料是很难购得的。
二、光 学 设 计 过 程
6、出设计图纸
设计图纸是指导加工的依据，图纸 必须要规范，避免引起误解
二、光 学 设 计 过 程
光学系统实例：
三、光 学 设 计 注 意 问 题
零件技术指标 2
3 标准零件图纸
材料选择 1
注意 问题
4 加工工艺及成本
加工超差补救 6
5 检验方案
三、光 学 设 计 注 意 问 题
1、光学设计中的材料选择
常用光学材料
注意
光学玻璃牌号分类
国际玻璃码的表示
1、光学设计中的材料选择
常用的光学材料：
光学玻璃（包括无色光学玻璃、有色光学玻璃和 特种光学玻璃）
微晶玻璃 光学晶体 塑料
1、光学设计中的材料选择
光学玻璃的牌号分类
冕牌玻璃——“K” 火石玻璃——“F”
观察目标特性(可见光,红外) 或应用领域(激光)
波谱范围
观察范围
视场 探测器
焦距
成像要求 (点扩散函 数传递函数 透过波前 分辨率)
能量
口径
成像质量要求大 设计难度要求小 探测器能量响应要求
合适
视场 口径 焦距 成像要求 镜头设计(Lens Design)
光学系统设计(Optical System Design)
手(F工ile匹Na配me)>手>选工择输匹入样板库中有的样板。
配方式(Method手of 工匹配原则：
先Fit输)>>入进曲行率匹半配 径小的，再输入曲率半径大的， 每输入一次要进行一次自动优化。
二、光 学 设 计 过 程
5、公差分析
公差分析的目的:给出合理的加工要求，合理的 加工要求既能保证加工的可行性，同时又能降低加 工难度和加工成本，因此公差分析工作至关重要。