光學(xué)檢測類(lèi)(物理光學(xué))

1.物理光學(xué)基礎知識

五、光的反射 1、光源：能夠發(fā)光的物體叫光源 2、光在均勻介質(zhì)中是沿直線(xiàn)傳播的 大氣層是不均勻的，當光從大氣層外射到地面時(shí)，光線(xiàn)發(fā)了了彎折 3、光速 光在不同物質(zhì)中傳播的速度一般不同，真空中最快， 光在真空中的傳播速度：C = 3*108 m/s，在空氣中的速度接近于這個(gè)速度，水中的速度為3/4C，玻璃中為2/3C 4、光直線(xiàn)傳播的應用 可解釋許多光學(xué)現象：激光準直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像等 5、光線(xiàn) 光線(xiàn)：表示光傳播方向的直線(xiàn)，即沿光的傳播路線(xiàn)畫(huà)一直線(xiàn)，并在直線(xiàn)上畫(huà)上箭頭表示光的傳播方向（光線(xiàn)是假想的，實(shí)際并不存在） 6、光的反射 光從一種介質(zhì)射向另一種介質(zhì)的交界面時(shí)，一部分光返回原來(lái)介質(zhì)中，使光的傳播方向發(fā)生了改變，這種現象稱(chēng)為光的反射 7、光的反射定律 反射光線(xiàn)與入射光線(xiàn)、法線(xiàn)在同一平面上；反射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)分居在法線(xiàn)的兩側；反射角等于入射角 可歸納為：“三線(xiàn)一面，兩線(xiàn)分居，兩角相等” 理解： （1） 由入射光線(xiàn)決定反射光線(xiàn)，敘述時(shí)要“反”字當頭 （2） 發(fā)生反射的條件：兩種介質(zhì)的交界處；發(fā)生處：入射點(diǎn)；結果：返回原介質(zhì)中 （3） 反射角隨入射角的增大而增大，減小而減小，當入射角為零時(shí)，反射角也變?yōu)榱愣?8、兩種反射現象 （1） 鏡面反射：平行光線(xiàn)經(jīng)界面反射后沿某一方向平行射出，只能在某一方向接收到反射光線(xiàn) （2） 漫反射：平行光經(jīng)界面反射后向各個(gè)不同的方向反射出去，即在各個(gè)不同的方向都能接收到反射光線(xiàn) 注意：無(wú)論是鏡面反射，還是漫反射都遵循光的反射定律 9、在光的反射中光路可逆 10、平面鏡對光的作用 （1）成像 （2）改變光的傳播方向 11、平面鏡成像的特點(diǎn) （1）成的像是正立的虛像 （2）像和物的大小 （3）像和物的連線(xiàn)與鏡面垂直，像和物到鏡的距離相等 理解：平面鏡所成的像與物是以鏡面為軸的對稱(chēng)圖形 12、實(shí)像與虛像的區別 實(shí)像是實(shí)際光線(xiàn)會(huì )聚而成的，可以用屏接到，當然也能用眼看到。

虛像不是由實(shí)際光線(xiàn)會(huì )聚成的，而是實(shí)際光線(xiàn)反向延長(cháng)線(xiàn)相交而成的，只能用眼看到，不能用屏接收。 13、平面鏡的應用 （1）水中的倒影 （2）平面鏡成像 （3）潛望鏡 六、光的折射 1、光的折射 光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向一般會(huì )發(fā)生變化，這種現象叫光的折射 理解：光的折射與光的反射一樣都是發(fā)生在兩種介質(zhì)的交界處，只是反射光返回原介質(zhì)中，而折射光則進(jìn)入到另一種介質(zhì)中，由于光在在兩種不同的物質(zhì)里傳播速度不同，故在兩種介質(zhì)的交界處傳播方向發(fā)生變化，這就是光的折射。

注意：在兩種介質(zhì)的交界處，既發(fā)生折射，同時(shí)也發(fā)生反射 2、光的折射規律 光從空氣斜射入水或其他介抽中時(shí)，折射光線(xiàn)與入射光線(xiàn)、法線(xiàn)在同一平面上，折射光線(xiàn)和入射光線(xiàn)分居法線(xiàn)兩側；折射角小于入射角；入射角增大時(shí)，折射角也隨著(zhù)增大；當光線(xiàn)垂直射向介質(zhì)表面時(shí)，傳播方向不變，在折射中光路可逆。 理解：折射規律分三點(diǎn)：（1）三線(xiàn)一面 （2）兩線(xiàn)分居（3）兩角關(guān)系分三種情況：①入射光線(xiàn)垂直界面入射時(shí)，折射角等于入射角等于0°；②光從空氣斜射入水等介質(zhì)中時(shí)，折射角小于入射角；③光從水等介質(zhì)斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角 3、在光的折射中光路是可逆的 4、透鏡及分類(lèi) 透鏡：透明物質(zhì)制成（一般是玻璃），至少有一個(gè)表面是球面的一部分，且透鏡厚度遠比其球面半徑小的多。

分類(lèi)：凸透鏡：邊緣薄，中央厚 凹透鏡：邊緣厚，中央薄 5、主光軸，光心、焦點(diǎn)、焦距 主光軸：通過(guò)兩個(gè)球心的直線(xiàn) 光心：主光軸上有個(gè)特殊的點(diǎn)，通過(guò)它的光線(xiàn)傳播方向不變。（透鏡中心可認為是光心） 焦點(diǎn)：凸透鏡能使跟主軸平行的光線(xiàn)會(huì )聚在主光軸上的一點(diǎn)，這點(diǎn)叫透鏡的焦點(diǎn)，用“F”表示 虛焦點(diǎn)：跟主光軸平行的光線(xiàn)經(jīng)凹透鏡后變得發(fā)散，發(fā)散光線(xiàn)的反向延長(cháng)線(xiàn)相交在主光軸上一點(diǎn)，這一點(diǎn)不是實(shí)際光線(xiàn)的會(huì )聚點(diǎn)，所以叫虛焦點(diǎn)。

焦距：焦點(diǎn)到光心的距離叫焦距，用“f”表示。 每個(gè)透鏡都有兩個(gè)焦點(diǎn)、焦距和一個(gè)光心。

如圖 6、透鏡對光的作用 凸透鏡：對光起會(huì )聚作用（如圖） 凹透鏡：對光起發(fā)散作用（如圖） 7、凸透鏡成像規律 物 距 （u） 成像 大小 像的 虛實(shí) 像物位置 像 距 （ v ） 應 用 u > 2f 縮小 實(shí)像 透鏡兩側 f < v <2f 照相機 u = 2f 等大 實(shí)像 透鏡兩側 v = 2f f < u 2f 幻燈機 u = f 不 成 像 u u 放大鏡 凸透鏡成像規律口決記憶法 口決一： “一焦分虛實(shí)，二焦分大小；虛像同側正；實(shí)像異側倒，物運像變小” 口決二： 三物距、三界限，成像隨著(zhù)物距變； 物遠實(shí)像小而近，物近實(shí)像大而遠。 如果物放焦點(diǎn)內，正立放大虛像現； 幻燈放像像好大，物處一焦二焦間； 相機縮你小不點(diǎn)，物處二倍焦距遠。

口決三： 凸透鏡，本領(lǐng)大，照相、幻燈和放大； 二倍焦外倒實(shí)小，二倍焦內倒實(shí)大； 若是物放焦點(diǎn)內，像物同側虛像大； 一條規律記在心，物近像遠像變大。 8、為了使幕上的像“正立”（朝上），幻燈片要倒著(zhù)插。

9、照相機的鏡頭相當于一個(gè)凸透鏡，暗箱中的膠片相當于光屏，我們調節調焦環(huán)，并非調焦距，而是調鏡頭到膠片的距離，物離鏡頭越遠，膠片就應靠近鏡頭。

2.光學(xué)包括哪些知識

物理光學(xué)包括光的傳播和光的本性 在了解光學(xué)分辨率之前應首先明確掃描儀的分辨率分為光學(xué)分辨率和最大分辨率，由于最大分辨率相當于插值分辨率，并不代表掃描儀的真實(shí)分辨率，所以我們在選購掃描儀時(shí)應以光學(xué)分辨率為準。

光學(xué)分辨率是指掃描儀物理器件所具有的真實(shí)分辨率。而且，掃描儀的光學(xué)分辨率是用兩個(gè)數字相乘，如600*1200dpi，其中前一個(gè)數字代表掃描儀的橫向分辨率，例如一個(gè)具有5000個(gè)感光單元的CCD器件，用于A(yíng)4幅面掃描儀，由于A(yíng)4幅面的紙張寬度是8.3英寸，所以，該掃描儀的光學(xué)分辨率就是5000/8.3=600dpi，換句話(huà)說(shuō)，該掃描儀的光學(xué)分辨率是600dpi。

后面一數字則代表掃描儀的縱向分辨率或是機械分辨率，是掃描儀所用步進(jìn)電機的分辨率，掃描儀的步進(jìn)電機的精度與掃描儀的橫向分辨率相同，但由于各種機械因素的影響，掃描儀的實(shí)際精度（步進(jìn)電機的精度）將遠遠達不到橫向分辨率的水平，一般來(lái)說(shuō)。掃描儀的縱向分辨率是橫向分辨率的兩倍，有時(shí)甚至是四倍。

如：600*1200dpi。但有一點(diǎn)要注意：有的廠(chǎng)家為了顯示自已的掃描儀精度高，將600*1200dpi寫(xiě)成1200*600dpi，因此在判斷掃描儀光學(xué)分辨率時(shí)，應以最小的一個(gè)為準。

激光器的基本原理 2.1 自發(fā)輻射與受激輻射 物質(zhì)的原子從外界獲得能量后進(jìn)入激發(fā)態(tài)，隨后又很快（約10-7s）返回基態(tài)或者較低的能態(tài)，并伴隨著(zhù)發(fā)出光輻射.原子沒(méi)有受到外來(lái)感應場(chǎng)的作用而躍遷回低能態(tài)，并同時(shí)發(fā)出光輻射的過(guò)程稱(chēng)為自發(fā)輻射躍遷，產(chǎn)生的光輻射稱(chēng)為自發(fā)輻射；能量相應于兩個(gè)能級差的光子會(huì )把原子從低能態(tài)激發(fā)到高能態(tài)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為受激吸收躍遷.1916年，著(zhù)名科學(xué)家愛(ài)因斯坦在研究光輻射與原子相互作用時(shí)發(fā)現，在受激吸收躍遷和自發(fā)輻射躍遷這兩種過(guò)程之間，還應存在第三種過(guò)程——受激輻射躍遷，即在能量相應于兩個(gè)能級能量差的光子作用下，會(huì )使在高能態(tài)的原子向低能態(tài)躍遷，并同時(shí)發(fā)射出相同能量的光子.愛(ài)因斯坦還研究了原子與輻射場(chǎng)之間的動(dòng)量交換，得出了受激發(fā)射躍遷產(chǎn)生的光子有這樣一些特性：它的頻率、傳播方向及偏振方向，都與誘導產(chǎn)生這種躍遷的光子相同.這意味著(zhù)，受激輻射有很好的相干性，并且是沿一個(gè)方向傳播. 原子作自發(fā)輻射躍遷的速率與在原子系統中存在的輻射場(chǎng)強度沒(méi)有關(guān)系，而受激輻射躍遷的速率則與輻射場(chǎng)強度有關(guān).假定原子從能級E2往能級E1(E2>E1)自發(fā)輻射躍遷到某個(gè)模的速率為A21，作受激輻射躍遷到這個(gè)模的速率為B21，那么這兩個(gè)速率的比值為 B21/A21=ne (2) 式中的ne是在這個(gè)模式中的光子數目（也稱(chēng)光子簡(jiǎn)并度）.這表示，對于假定的模，受激發(fā)射躍遷速率是自發(fā)輻射躍遷速率的ne倍.當ne≥1時(shí)，受激輻射躍遷占優(yōu)勢.普通光源的輻射頻率分布和輻射強度基本上是由光源的溫度T來(lái)決定，在某個(gè)模的光子數ne由下式給出： 式中k在是玻爾茲曼常量（k=1.38*10-23J·K-1）,h是普朗克常量（h=6.63*10-34J·s）.從式（3）可以看到，由于比值 hv/kT是大于零的數，所以 exp(bv/kT)大于 1，即 ne 2.2 負溫度 負溫度是對光源中處于高能態(tài)的原子數目比處于低能態(tài)的原子數目多的一種狀態(tài)的表述.假定光源中處在高能態(tài)E2的原子數目為N2，在低能態(tài)E1的原子數目為N1，那么，根據描述在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下原子按能級分布的玻爾茲曼分布定律，這光源的溫度T是 因為E2-E1>0，所以，如果N2>N1，那么，由式（3.4）看到，光源的溫度T是“負值”.事實(shí)上，溫度是不能為負值的，這里說(shuō)的“負溫度”只是表示原子按能級分布的一種狀態(tài)，不是處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)，而是處于非熱力學(xué)平衡狀態(tài).1951年，美國珀塞爾（E.M.Purcell）試圖使用所謂“突然倒轉場(chǎng)”的方法精確測定核磁矩，即設想研究場(chǎng)極性改變比核自旋的響應時(shí)間更快.他用這個(gè)方法在氟化鋰（LiF）晶體中獲得了核自旋體反轉分布，并觀(guān)察到輻射頻率50 kHz的受激發(fā)射，第一次提出了所謂“負溫度”概念，提出粒子數反轉分布只能與玻爾茲曼分布定律中的負溫度相對應. 可以利用許多方法讓物質(zhì)中的原子（分子）實(shí)現負溫度狀態(tài).從原則上說(shuō)，只要對原子泵浦到高能態(tài)的速率，比它離開(kāi)這個(gè)能態(tài)的速率高，最終可以造成負溫度狀態(tài).現在使用的主要方法有（1）光泵浦；（2）氣體放電泵浦；（3）注入電流泵浦；（4）化學(xué)泵浦等.具體內容參見(jiàn)3.2.4.需要注意的是，在可見(jiàn)光波段或紅外波段獲得并保持負溫度狀態(tài)比在微波波段困難得多，因為自由原子的自發(fā)輻射速率和光頻率的三次方成正比. 2.3 激光的增益 這是表征光輻射在激光器的工作物質(zhì)內傳播過(guò)程中其強度增長(cháng)的因子.假定激光工作物質(zhì)中處在高能態(tài)E2的原子數密度為N2（原子/cm3），處在低能態(tài)E1的原子數密度為N1.頻率v=(E2-E1)/h的光輻射沿工作物質(zhì)傳播，在單位時(shí)間內，單位體積工作物質(zhì)內由受激輻射躍遷產(chǎn)生的輻射功率，超出由受激吸收而失掉的輻射功率的數量W為 上式中的g1、g2分別為能態(tài)E1、E2的能級簡(jiǎn)并度，λ是光輻射波長(cháng)，τf是能態(tài)E2的自發(fā)輻射壽命，n是工作物質(zhì)的折射率，f(v)是從能態(tài)E2向能態(tài)E1躍遷時(shí)產(chǎn)生的光輻射頻率分布因子（也稱(chēng)譜線(xiàn)形狀函數），Iv是頻率v的光輻射強度.公式（3.5）中沒(méi)有。

3.光電檢測技術(shù)的介紹

《光電檢測技術(shù)》是2009年中國計量出版社出版的一本圖書(shū)，作者是雷玉堂。該書(shū)可作為高等學(xué)校光電信息工程、光學(xué)工程、光信息科學(xué)與技術(shù)、測控技術(shù)與儀器、計量技術(shù)、電子技術(shù)、質(zhì)量工程、通信工程、應用物理、應用電視、安防監控等專(zhuān)業(yè)的光電檢測技術(shù)或光電技術(shù)課教材，以及供從事光電檢測技術(shù)工作的科研和工程技術(shù)人員使用。

4.自學(xué)物理光學(xué) 需要哪些方面的基礎啊

光學(xué)范疇較廣。

光線(xiàn)光學(xué)從中學(xué)水平到線(xiàn)性代數再到變分法都可能涉及

波動(dòng)光學(xué)要求有大學(xué)的數學(xué)基礎，至少數學(xué)物理方法要學(xué)一下，尤其是傅里葉變換等，深入一些基本上就是學(xué)電動(dòng)力學(xué)了，可能需要張量分析等工具。

量子光學(xué)或者說(shuō)半經(jīng)典的光學(xué)需要量子力學(xué)背景。

場(chǎng)論的觀(guān)點(diǎn)看光學(xué)，現在用的還不多（一般研究還不需要），如果要學(xué)的話(huà)一般是搞理論物理的才會(huì )碰了

其他的還有光子學(xué)等等，通常和器件相聯(lián)系，主要是半導體，需要有固體物理或半導體物理基礎和基本的波動(dòng)光學(xué)知識。