第一篇：光學知識

光學知識：

1.色溫

定義：光源發射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時，黑體的溫度稱為該光源的色溫。

色溫度以絕對溫度 K 來表示，是將一標準黑體（例如鉑）加熱，溫度升高至某一程度時顏色開始由紅、橙、黃、綠、藍、靛（藍紫）、紫，逐漸改變，利用這種光色變化的特性，其光源的光色與黑體的光色相同時，我們將黑體當時的溫度稱之為該光源的色溫度。以絕對溫K(Kelvin，或稱開氏溫度)為單位(K=℃+273.15)。因此，黑體加熱至呈紅色時溫度約527℃即800K，其溫度影響光色變化。

光色愈偏藍，色溫愈高；偏紅則色溫愈低。一天當中光的光色亦隨時間變化：日出后40分鐘光色較黃，色溫約3000K；正午陽光雪白，上升至4800-5800K，陰天正午時分則約6500K；日落前光色偏紅，色溫又降至約2200K。因相關色溫度事實上是以黑體輻射接近光源光色時，對該光源光色表現的評價值，并非一種精確的顏色對比，故具有相同色溫值的兩種光源，可能在光色外觀上仍有些許差異。僅憑色溫無法了解光源對物體的顯色能力，或在該光源下物體顏色的再現程度如何。

黑體的溫度越高，光譜中藍色的成份則越多，而紅色的成份則越少。例如，白熾燈的光色是暖白色，其色溫表示為2700K，而日光色熒光燈的色溫表示方法則是6000K。北方晴空 8000-8500k

陰天 6500-7500k

夏日正午陽光 5500k

金屬鹵化物燈4000-4600k

下午日光 4000k

冷色熒光燈 4000-5000k

高壓汞燈 3450-3750k

暖色熒光燈 2500-3000k

鹵素燈 3000k

鎢絲燈 2700k

高壓鈉燈 1950-2250k

蠟燭光 2000k

一些常用光源的色溫為：標準燭光為1930K（開爾文溫度單位）；鎢絲燈為2760-2900K；熒光燈為3000K；閃光燈為3800K；中午陽光為5600K；電子閃光燈為6000K；藍天為12000-18000K。

光源色溫不同，光色也不同，色溫在3300K以下有穩重的氣氛，溫暖的感覺；色溫在3000--5000K為中間色溫,有爽快的感覺；色溫在5000K以上有冷的感覺，不同光源的不同光色組成最佳環境。

<3300K 溫暖（帶紅的白色）穩重、溫暖

3000－5000K 中間（白色）爽快

>5000K 清涼型（帶藍的白色）冷

色溫與亮度：高色溫光源照射下，如亮度不高則給人們有一種陰冷的氣氛；低色溫光源照射下，亮度過高會給人們有一種悶熱感覺。

光色的對比：在同一空間使用兩種光色差很大的光源，其對比將會出現層次效果，光色對比大時，在獲得亮度層次的同時，又可獲得光色的層次。

亮度：指的是人在看到光源時，眼睛感覺到的光亮度。亮度高低決定于光源產生光的能力。亮度符號 L，單位nite（cd/m2），其中cd為光強的單位，1cd代表1燭光，即一根標準蠟燭的發光能力。單位面積上的燭光越多，則代表發光能力越強，亮度越高

照度：指的是光源照射到周圍空間或地面上，單位被照射面積上的光通量。照度符號 E，單位LUX(lm/m2)，其中lm是光通量的單位，1lm代表1cd的光源在一個單位立體角內的光通量。單位被照射面積上的光通量多，照度就高。

亮度與照度：

關聯點是：影響光源照度和亮度高低的物理量是相同的，即光通量

不同點一：影響光源亮度的光通量，是光源表面輻射出來的總光通量的多少，光源的發光能力越強，輻射出的總光通量越多；

不同點二：影響光源照度的光通量，是光源被輻射到被照面（如墻壁、地面、作業平臺）上的光通量的多少。

不同點三：兩者位置不同，受外界影響因素也不同。同一只光源，光源表面輻射出來的光通量被輻射到被照面（如墻壁、地面、作業平臺）的光通量，在數量關系上是不等的。

物理意義

亮度形容的是光源的發光能力

照度形容的是被照物體所受到的光通量的大小 即，同一個光源的亮度是固定的，但是對同一個物體在不同距離產生的照度是不一樣的光強度(luminous intensity)

是光源在單位立體角內輻射的光通量，以I表示，單位為坎德拉(candela，簡稱cd)。1坎德拉表示在單位立體角內輻射出1流明的光通量。

光通量φ流明Lumen(lm)

是由光源向各個方向射出的光功率,也即每一單位時間射出的光能量

色彩：

色彩深度又叫色彩位數，即位圖中要用多少個二進制位來表示每個點的顏色，是分辨率的一個重要指標。常用有1位（單色），2位（4色，CGA），4位（16色，VGA），8位（256色），16位（增強色），24位和32位（真彩色）等。色深16位以上的位圖還可以根據其中分別表示RGB三原色或CMYK四原色（有的還包括Alpha通道）的位數進一步分類，如16位位圖圖片還可分為RGB565，RGB555X1（有1位不攜帶信息），RGB555A1，RGB444A4等等。

色彩空間：（YUV、YIQ、YCbCr）

YUV模型用于PAL和SECAM制式的電視系統；YIQ模型與YUV模型類似，用于NTSC制式的電視系統。YIQ顏色空間中的I和Q分量相當于將YUV空間中的UV分量做了一個33度的旋轉；YCbCr顏色空間是由YUV顏色空間派生的一種顏色空間，主要用于數字電視系統中；

這三者與RGB轉化公式：

RGB-> YUV：

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B,U =-0.147R0.515G0.275G0.523G + 0.311B

RGB-> YCbCr：

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B, Cb =-0.169R0.419B-0.103B 從公式中，我們關鍵要理解的一點是，UV/CbCr信號實際上就是藍色差信號和紅色差信號。我們在數字電子多媒體領域所談到的YUV格式，實際上準確的說，是以 YCbCr色彩空間模型為基礎的具有多種存儲格式的一類顏色模型的家族（包括YUV444 / YUV422 / YUV420 / YUV420P等等）。在Camera Sensor中，最常用的YUV模型是 YUV422格式，因為它采用4個字節描述兩個像素，能和RGB565模型比較好的兼容。有利于Camera Sensor和Camera controller的軟硬件接口設計。

人造光源：

1.D65 國際標準人工日光(Artificial Daylight)色溫：6500K 功率：20W

2.TL84 歐洲、日本、中國商店光源色溫：4000K 功率：18W

3.F 家庭酒店用燈、比色參考光源色溫：2700K 功率：40W

4.UV 紫外燈光源(Ultra-Violet)波長：365nm 功率：20W

5.CWF 美國冷白商店光源(Cool White Fluorescent)色溫：4150K 功率：20W

6.U30 美國暖白商店光源(Warm White Fluorescent)色溫：3000K 功率：18W

7.TL83標準光源，歐洲廚窗燈、部份客戶指定用商店光源色溫:3000K，算法：.白平衡算法：

在相機拍攝過程中，很多初學者會發現熒光燈的光在人看起來是白色的，但用數碼相機拍攝出來卻有點偏綠。同樣，如果是在白熾燈下，拍出圖像的色彩就會明顯偏紅。人類的眼睛之所以把它們都看成白色的，是因為人眼進行了修正。如果能夠使相機拍攝出的圖像色彩和人眼所看到的色彩完全一樣就好了。但是，由于 CCD/CMOS傳感器本身沒有這種功能，因此就有必要對它輸出的信號進行一定的修正，這種修正就叫做白平衡。

色溫對于相機而言就是白平衡的問題。在各種不同的光線狀況下，目標物的色彩會產生變化。在這方面，白色物體變化得最為明顯：在室內鎢絲燈光下，白色物體看起來會帶有橘黃色色調，在這樣的光照條件下拍攝出來的景物就會偏黃；但如果是在蔚藍天空下，則會帶有藍色色調。在這樣的光照條件下拍攝出來的景物會偏藍。為了盡可能減少外來光線對目標顏色造成的影響，在不同的色溫條件下都能還原出被攝目標本來的色彩，就需要相機進行色彩校正，以達成正確的色彩平衡，這就稱為白平衡調整。

白平衡調整就是試圖把白色制成純白色。如果這個最亮的部分是黃色，它會加強藍色來減少畫面中的黃色色彩，以求得更為自然的色彩。相機只要在拍攝白色物體時正確還原物體的白色，就可以在同樣的照明條件下正確還原物體的其他色彩。

2.ISO：

ISO感光度的高低代表了在相同EV曝光值時，選擇更高的ISO感光度，在光圈不變的情況下能夠使用更快的快門速度獲得同樣的曝光量。反之，在快門不變的情況下能夠使用更小的光圈而保持獲得正確的曝光量。因此，在光線比較暗淡的情況下進行拍攝，往往可以選擇較高的ISO感光度。當然，對于單反相機而言還可以選擇使用較大口徑的鏡頭，提高光通量。而對于一般數碼相機因為采用的是固定鏡頭，惟有通過提高ISO感光度來適應暗淡光線情況下的拍攝，特別是在無法使用輔助光線的情況下。

夜景拍攝常常使用較小的光圈和較長的曝光時間，假如選擇較高的ISO感光度必將不可

避免的產生噪點和雜色。這時可以使用三腳架，有可能的再使用快門線，選擇較低的ISO感光度就可以避免噪點和雜色的產生。

Lux

照度是反映光照強度的一種單位，其物理意義是照射到單位面積上的光通量，照度的單位是每平方米的流明（Lm）數，也叫做勒克斯（Lux）： 1 lx=1 Lm/㎡上式中，Lm是光通量的單位

第二篇：古詩詞中的光學知識

古詩詞中的光學知識

新課程倡導要注重學科間的知識的聯系，在浩如煙海的中國古代詩詞中包含著許多物理知識，舉例如下，希望對同學們的學習有所幫助。

1．峰多巧障日，江遠欲浮天。──《游蔣山》 蘇軾（宋）

2．排云數峰出，漏日半江明。──《泊樟鎮》 楊萬里（宋）

第一句提出“為什么太陽光會被山峰擋住？”第二句提出“為什么要推開山腰的浮云，才能看到峰頂，陽光只能從云縫中穿出照亮江面？”其實都是利用了光的直線傳播的道理。

3．寶釵好耀首，明鏡可鑒形。──《贈婦》 秦嘉（漢）

前一句說明了光通過珠寶首飾的反射后的反射光線進入人眼中，顯得格外耀眼；后一句利用了平面鏡成像這一知識。

4．掬水月在手，弄花香滿衣。──《春山夜月》 于良史 前一句提出了“水中為什么會有月亮？”這一現象，涉及到平面鏡成像的物理知識；后一句說明了花朵分泌芳香的分子在做無規則的運動，發生了擴散現象。

5．舉杯邀明月，對影成三人。──《月下獨酌》 李白（唐）

前一句主要說明了月亮成像在酒杯中的現象，涉及到光的反射。后一句可依詩句之意，從物理角度理解為：人、月下影子、酒杯中人的像而成為三人。

6．夕陽返照桃花塢，柳絮飛來片片紅。──《雨窗消意圖》 牛應之（清）

柳絮本來是白的，而詩中卻說是“片片紅”。其原因主要是太陽光里含有七種色光，當它穿過一片紅色的桃花時，白光中的大部分色光被桃花所吸收，只有紅光被反射出來，反射出來的紅光再照到白色的柳絮上，自然呈現出淡淡的紅色。

7．野曠天低樹，江清月近人。──《宿建德江》 孟浩然（唐）

通過作出月亮在水中所成的像的反射光路以及人眼看到月亮在水中所發生的折射光路圖，來說明“月近人”的光學原理如圖所示，S1是月亮S在水中所成的虛像，從S1點射向空氣中的光線，在水面處發生折射，折射光線偏離法線，眼睛逆著折射光線看去，覺得是水中的S2射來的，眼睛看到的是S2點，S2點在S1點的上方，距水面較近，從而出現了“月近人”的感覺。

第三篇：RLE_ME02幾何光學知識總結

實驗1薄透鏡的成像規律實驗

物體在2f之外，成像于f~2f。物體在f~2f之間，成像于2f之外。物體在2f處，成像于2f′。

實驗2自準直法測量薄透鏡焦距實驗

自準直法：若物體AB正好處在透鏡L的前焦面處，那么物體上各點發出的光經過透鏡后，變成不同方向的平行光，經透鏡后方的反射鏡M把平行光反射回來，反射光經過透鏡后，成一倒立的與原物大小相同的實像A?B?，像A?B?位于原物平面處。即成像于該透鏡的前焦面上。此時，物與透鏡之間的距離就是透鏡的焦距f。通過??

實驗3二次成像法測量薄透鏡焦距實驗

L O nl?來證明。算出β=-1 n?lI dl l2?d2f??4l

當透鏡移動到如圖3-1中實線位置時，屏中將出現一個放大清晰的像，（設此物距為u，像距為v）；當透鏡移動到虛線位置時，屏中將出現一個縮小清晰的像，（設此時物距為u′,像距為v′）。根據透鏡的成像公式，可得：u?v',v?u'---------（由高斯公式可以推出）

由圖可以看出：

l?d?u?v?2u

∴

'u?l?d2

v??l?u??l?l?d2?l?d2

l?dl?d∴f?

uvu?v?22ll2?d2?

4l實驗4光學系統基點測量實驗

主點、焦點、節點的定義。

當共軸球面系統處于同一媒質時，兩主點分別與兩節點重合。

LABL.S.OPN?(H?)QN(H)F?(B?)A?f? ?fo因為AO// A’N’，AB// A’ B’，OB// N’ B’，所以 △AOB∽△A’ N’B，即AB:(?fo)=A’ B’:f?

f???f0所以A?B?h2?f0ABh1

因此我們可以通過測量A’ B’的大小，從而得到f?的數值。

設待測透鏡組中靠近L的透鏡（透鏡1）的焦距為f1,f1'，另一透鏡（透鏡2）的焦距為f2,f2'。則：

??xHf2'(f1'?f2)△

(4-2)

△?d?f1'?f2（4-3）

?是透鏡2的后焦點到系統像方主式中，△為透鏡組的光學間隔。xH點的距離。

實驗5平行光管使用及透鏡焦距測量實驗

y'fx??fo'

y?10因為用顯微目鏡來觀察像的大小，所以y’除以10才是像的實際大小。此實驗也可以用分劃板直接觀察成像大小。

實驗6光學系統景深測量實驗

在景像平面上能清晰成像的物空間的深度范圍稱為光學系統的景深。

對準平面B1Z1景像平面 出射光瞳 入射光瞳 Z'2 B'' 2PA1P'12aPP2PP'2A' Z2 B2 Δ 1 Δ 2-P-P-P12P' 1P' P'2Z'1 B' 1 入射光瞳的直徑越小，即孔徑角越小，景深越大。影響景深的因素還有以下三個方面。

（1）對像的清晰度要求越低，景深越大；要求越高，景深越小。（2）物體的物距越大，景深越大；物距越小，景深也越小。（3）焦距越短，景深越大；焦距越長，景深越小。

4ap2??=?1+?2=24a?p2?2

實驗7望遠系統的搭建和參數測量實驗

常見望遠鏡可簡單分為伽利略望遠鏡，開普勒望遠鏡等

伽利略發明的望遠鏡在人類認識自然的歷史中占有重要地位。它由一個凹透鏡（目鏡）和一個凸透鏡（物鏡）構成。

fo???

fe由此可見，望遠鏡的放大率?等于物鏡和目鏡焦距之比。若要提高望遠鏡的放大率，可增大物鏡的焦距或減小目鏡的焦距.放大的原因：從目鏡可看到遠處物體的倒立虛像，由于增大了視角，故提高了分辨能力

??平行光管焦距L'?

觀測物鏡焦距L?109

平行光管跟觀察物鏡的放大率等于觀察物鏡焦距除以平行光管焦距。

實驗8顯微鏡搭建和參數測量實驗

y3'yyl2tan??????3?2y1tan?y2y1(8-1)'?l2??D???e?o fefo式中，φ為明視距離處物體對眼睛所張的視角，Ψ為通過光學儀器觀察時在明視距離處的成像對眼睛所張的視角。

第四篇：光學教案

光學知識點

（一）光源：能發光的物體。

1、光源可分為自然光源。如 ：太陽、螢火蟲。

2、人造光源。如： 篝火、蠟燭、油燈、電燈、電視機屏幕。

3、月亮、平面鏡、放電影時所看到的銀幕本身不會發光，它們不是光源。

（二）光的傳播：光在同一種均勻介質中是沿直線傳播的。

1、表示光的傳播方向的直線叫光線，光線是帶箭頭的直線，箭頭表示光傳播的方向。

2、用光的直線傳播解釋簡單的光現象

1）影的形成：光在傳播過程中，遇到不透明的物體，由于光是沿直線傳播的，所以在不透光的物體后面，光照射不到，形成了黑暗的部分就是影。2）日食、月食的成因。

3）小孔成像：小孔成像實驗早在《墨經》中就有記載小孔成像成倒立的實像，其像的形狀與孔的形狀無關。

（三）光速

81、光在真空中的傳播速度是3×10 m/s.2、光在其他各種介質中的速度都比在真空中的小.3、光在空氣中的速度可認為是3×108 m/s.（四）色散：復色光分解單色光的現象，叫做光的色散。

1、白光是復色光。白光通過棱鏡不能再分解的光叫做單色光

2、紅、綠、藍是色光的三原色

3、紅、黃、藍是顏料的三原色。

（五）光的反射：光從一種介質射向另一種介質表面時，一部分光被反射回原來介質的現象叫光的反射。

1、反射定律：反射光線與入射光線、法線在同一平面上，反射光線和入射光線分居于法線的兩側，反射角等于入射角。光的反射過程中光路是可逆的。

2、分類：

⑴ 鏡面反射：射到物面上的平行光反射后仍然平行。

迎著太陽看平靜的水面，特別亮。黑板“反光”等，都是因為發生了鏡面反射 ⑵ 漫反射：射到物面上的平行光反射后向著不同的方向 每條光線遵守光的反射定律。

（六）平面鏡：

1、成像特點：①物體在平面鏡里所成的像是虛像。②像、物到鏡面的距離相等。③像、物大小相等。④像、物的連線與鏡面垂直。

2、“正立”“等大”“虛象”像、物關于鏡面對稱。

3、成像原理：光的反射定理。

4、作用：成像、改變光路。

5、實像和虛像：實像：實際光線會聚點所成的像。

虛像：反射光線反向延長線的會聚點所成的像。

（七）光的折射：光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向一般會發生變化；這種現象叫光的折射現象。

1、光的折射定律：

⑴折射光線，入射光線和法線在同一平面內。⑵折射光線和入射光線分居與法線兩側。⑶

光從空氣斜射入水或其他介質中時，折射角小于入射角。光從水中或其他介質斜射入空氣中時，折射角大于入射角。光從空氣垂直射入（或其他介質射出），折射角=入射角= 0度。

2、在折射時光路是可逆的。

3、應用：從空氣看水中的物體，或從水中看空氣中的物體看到的是物體的虛像，看到的位置比實際位置高。

（八）透鏡成像：

1、透鏡及分類： 凸透鏡： 邊緣薄，中央厚。

凹透鏡： 邊緣厚，中央薄。

2、主光軸，光心、焦點、焦距。

主光軸：通過兩個球心的直線。

光心：主光軸上有個特殊的點，通過它的光線傳播方向不變。焦點：凸透鏡能使跟主軸平行的光線會聚在主光軸上的一點，這點叫透鏡的焦點，用“F”表示

焦距：焦點到光心的距離叫焦距，用“f”表示。

虛焦點：跟主光軸平行的光線經凹透鏡后變得發散，發散光線的反向延長線相交在主光軸上一點，這一點不是實際光線的會聚點，所以叫虛焦點。每個透鏡都有兩個焦點、焦距和一個光心以及一條主光軸。

3、透鏡對光的作用

凸透鏡：對光起會聚作用。

凹透鏡：對光起發散作用。

4、凸透鏡成像規律

注意：

u>f： 物距增大、像距減小、像變小、成倒立實像；物距減小、像距增大、像變大、成倒立實像。

U

第五篇：光學教案

6.1 光的吸收和散射

教 案

主講： 朱 輝 單位：物電學院

2010-12-08【教學目的】

掌握光在傳播中與物質的相互作用之一——能量變化（吸收和散射）。掌握朗伯定律。

掌握吸收光譜及其應用。

能夠利用瑞利散射理論解釋朝陽、藍天現象。能夠利用米氏散射理論解釋白云和霧的現象。了解散射光的偏振性。

培養學生利用光的吸收和散射原理解釋自然現象的能力。提高學生對環境保護的認識。【教學內容】

朗伯定律。

一般吸收和選擇吸收。

吸收光譜及其應用。

光的散射定義。瑞利散射和米氏散射。藍天、朝陽和白云現象。【教學重點】

朗伯定律、吸收光譜。

用散射理論解釋自然界中的光學現象。【教學難點】

吸收光譜。電偶極輻射理論。

散射和漫射、反射和衍射的區別。散射光的偏振性。【課時安排】 45分鐘 【預習要求】

觀察自然界中的吸收和散射現象。【教學方法】

實驗演示法、講授法、談話法等。【實驗演示】

通過實驗演示光的吸收和散射現象

通過PPT顯示光的吸收和吸收光譜的動畫或圖片。【教學手段】

采用多媒體教學。【參考書目和參考文獻】

1.趙凱華.新概念物理教程光學.北京:高等教育出版社,2004.11.2.鐘錫華.現代光學基礎.北京：北京大學出版社，2003.8.3.趙凱華,鐘錫華.光學.北京:北京大學出版社,1984.4.母國光,戰元齡.光學.北京:人民教育出版社,1979.5.郭光燦等.光學.北京:高等教育出版社,1997.6.張志軍, 熊維巧.原子吸收分光光度法測定微量鉻[J].化學工程師 , 2000,(03)7.孫立民, 郭麗娟.氫化物原子吸收分光光度法測定水中的汞[J].吉林水利 , 2002,(06)8.伯廣宇等.探測大氣溫度和氣溶膠的瑞利-拉曼-米氏散射激光雷達[J].光學學報,2010（01）.【作業】

Page291 6.2 [教學內容] 導入：

除了真空，沒有一種介質對電磁波是絕對透明的。光的強度隨穿進介質的深度而減少的現象，稱為介質對光的吸收（absorption）。仔細的研究發現光不僅有吸收而且還有散射兩種情況，前者是光能量被介質吸收后轉化為熱能，后者則是光被介質散射到四面八方。

演示1：光通過液體以后的變化，引入光與物質相互作用中的吸收和散射問題。發現

光束越深入物質，強度將越減弱

結論：

⑴ 光的能量被物質吸收——光的吸收現象

⑵ 光向各個方向散射 ——光的散射

6.1 光的吸收和散射

一、光的吸收 1.朗伯定律

實驗表明，當光沿X方向均勻通過介質的時候，設光的強度在經過厚度dx的一層介質時強度由I減為I-dI。在相當廣闊的光強范圍內，-dI正比于I和dx，有

?dI??Idx

（1）

式中α是個與光強無關的比例系數，成為該物質的吸收系數。

為了求出光束穿過厚度為l的介質后的強度

圖一 光的吸收

改變，（1）改寫為

并在0到l區間對x進行積分。得

?le

(2)

I?I0?dII???dx

在光強不太強的情況下，大量的實驗證明這個定律相當精確。

激光出現后，由于人類掌握的光強增加了幾個甚至十幾個數量級——這時候就出現光與物質作用的非線性效應（非線性光學）。

在液體中吸收系數α與液體濃度C的關系為

??AC

(3)那么(2)式可以改寫為

I?I0e?ACl

(4)公式(3)可以作為液體濃度測量的理論依據。2.一般吸收和選擇吸收

在吸收的過程中，如果所有的波長的吸收都是一樣的，我們稱為普遍吸收，也可以稱之為一般吸收。

a）一般吸收

吸收很少，并且在某一給定的波段內幾乎不變。如：空氣、無色玻璃和純水都是在可見光范圍內產生一般吸收。

不是所有的物質都是如此，對于廣闊的電磁波了范圍，一般吸收介質不可能存在。比如我們看一束白光通過一個濾光片，那么就會產生一些特殊的效果。如紅色濾光片后變成紅光，這種物質對某些波長吸收特別強烈的過程，我們稱為選擇吸收。

b)選擇吸收

特點表現為：吸收很多，并且隨著波長的變化而劇烈的變化。任何一種物質對光的吸收都是有這兩種吸收組成。c）吸收曲線的應用。（如光纖吸收曲線）

圖二 光纖的工作波長分段圖

圖二是光纖的吸收曲線，從圖中可以看出吸收比較少的，而且應用最好是波長1550nm的窗口。這也是高錕的重要貢獻。

圖三 大氣窗口

一般將大氣的衰減作用相對較輕、透射率較高、能量較易通過的電磁波段定義為大氣窗口。只有位于大氣窗口的波段才能被用于生成遙感圖像。在VIS—IR區段，常用的大氣窗口有：0.3—1.3μm、1.5—1.8 μ m、2.0—2.6 μ m、3.0-4.2 μ m、4.3—5.0 μ m、8—14 μ m。在微波區段，主要采用的大氣窗口為8mm附近和頻率低于20GHz的波段。

3.吸收光譜

產生連續光譜的光源所發出的光，通過有選擇吸收的介質后，用分光計可以看出默寫線段或某些波長的光被吸收。這就形成了吸收光譜。

a)實驗裝置

圖4 觀察吸收光譜的實驗裝置

b)吸收光譜

當連續的白光通過吸收物質后再經過光譜儀器的分析，即可將不同波長的光被吸收的情況顯示出來，形成“吸收光譜”。

c)吸收光譜與發射光譜的關系

圖五 氫原子在可見光區域的發射光譜和吸收光譜

從圖五中可以看出，吸收譜中的暗線和發射譜中明線意義對應，也就是說某種物質自身發射那些波長的光，它就強烈的吸收那些波長的光。

d)吸收光譜的應用

我們知道不同的元素對應有不同的發射譜線，就如同條形碼一樣。很多的時候我們無法也不能把元素加上高溫讓其發射譜線，如恒星表面覆蓋的一層氣體。

利用吸收譜觀察太陽表面的元素構成：1868年法國人讓桑（J.P.Janssen）發現太陽光譜中出現了不知來源的暗線；后有英國天文學家洛爾基（J.N.Lockyer）取名為氦，源于希臘語意為太陽(helios)。這種物質1894年才有英國化學家萊姆賽（W.Ramsay）從億鈾礦蛻變的氣體中發現。

利用吸收光譜測量：元素比例的定量分析。

二、光的散射

1.光的散射

在光學性質均勻的介質中或兩種折射率不同介質的分界面上，無論光的直射、反射和折射都僅局限在某一個特定的方向上，而在其他方向上的光強則等于零，我們沿著光束的側向觀察就應該看不到光。

但光束通過光學性質不均勻的物質時，從側向卻可以看到光，這種現象叫光的散射。

2.電偶極輻射理論

光通過物質的時候，由于電場的作用，物質中的原子、離子或分子在入射光電場的作用下做受迫振動。設p=ez，z=Acoswt經典的理論告訴我們。

E?H?eA4??0cRE2?sin?cos?(t?2Rc)

(5)

?0cz?S?Hz?p?O?p?O?EI

圖六 電偶極輻射

圖七 波的強度與角度的關系

能量可以用坡印廷矢量表示

???S?E?H?EH?1?0cE(6)則波的強度的平均值為

S?I?1?0cE2??0eA?32?cR22224sin?2

(7)有此可知，光在半徑為R的球面上各點的相位都相等(球面波)，相位落后園心R/c，但是振幅隨著角度變化。

3.散射與介質不均勻的關系

當光入射到介質上，將激起其中的電子作受迫振動，從而發出相干次波。注意這里的次波和惠更斯——菲涅耳原理假設的次波不同，這里是真是的振源。理論上可以證明，只要分子的密度是均勻的，次波相干疊加的結果，只剩下遵守幾何光學規律的光線，沿著其余方向的振動完全抵消。但是，在微觀的尺度，由于分子的漲落，沒有物質是均勻的。那么當尺度達到波長量級的鄰近小塊之間的光學性質有較大差異時，在光波的作用下它們將成為強度差別較大的次波源，而且從它們到空間個點已有不可忽略的光程差，這些結果就遠遠不同于均勻介質的情況。如圖八所示：

圖八 散射、衍射和反射

圖中可以看出，介質比較大的情況下，散射可以看作反射和折射。介質比較小的情況下，可以看作衍射。4．瑞利散射和米氏散射

瑞利在1871年針對細微質點的散射，通過大量的實驗，提出了散射光強與波長的四次方成反比的規律。

從電動力學的結果我們也可以看出，偶極子的輻射功率也是正比與頻率的四次方。究其原因，瑞利認為是熱運動破環了分子之間的關聯。

同樣我們從上面的分析也可以看出，較大顆粒對光散射，不能僅僅看成獨立的電偶極子的振蕩合成了，它們有很大的一部分是相關的。對應大顆粒散射，米(C.Mie)和德拜(P.Debye)以球形質點為模型計算了電磁波的散射，給出了適用于任何球體的散射公式。如圖九所示。

圖九 瑞利散射和米氏散射

5.藍天、朝陽和白云 首先，白晝天空之所以是亮的，完全是大氣散射陽光的結果。如果沒有大氣，即使在白晝，人們仰觀天空，將看到光輝奪目的太陽懸掛在漆黑的背景中。這景象是宇航員司空見慣了的。由于大氣的散射，將陽光從各個方向射向觀察者，我們才看到了光亮的天穹，按瑞利定律，白光中的短波成分（藍紫色）遭到散射比長波成分（紅黃色）強烈得多，散射光乃因短波的富集而呈蔚藍色。瑞利曾對天空中各種波長的相對光強作過測量，發現與反比律頗相吻合。大氣的散射一部分來自懸浮的塵埃，大部分是密度漲落引起的分子 散射，后者的尺度往往比前者小得多，瑞利反比律的作用更加明顯。所以每當大雨初霽、玉宇澄清的時候，天空總是藍得格外美麗可愛，其道理就在這里.由于白光中的短成分被更多地散射掉了，在直射的日光中剩余較多的自然是長波成分了。早晚陽光以很大的傾角穿過大氣層，經歷大氣層的厚度要比中午時大得多，從而大氣的散射效應也要強烈得多，這便是旭日初升時顏色顯得特別殷紅的原因（圖十）。白云是大氣中的水滴組成的，因為這些水滴的半徑與可見光的波長相比已不算太小了，瑞利定律不再適用，按米-德拜的理論，這樣大小的物質產生的散射與波長的關系不大，這就是云霧呈白色的緣故。

圖十 藍天和朝陽的形成

6.散射光的偏振性

雖然從光源發出的光是自然光。但從正側方（Z）觀察時發現散射光是線偏振。斜方向觀察發現是部分偏振的，唯有在X方向才是自然光。如圖十一。

圖十一 散射光的偏振性

先假定入射光是線偏振的，傳播方向沿X軸，電矢量E沿平行Y軸的方向振動。根據電偶極振蕩理論所有的受迫振動都是平行與Y軸的，由此產生的次級電磁波是球面波，向各個方向傳播時，波的電矢量E’都是在電偶極子軸線DD’所在的平面內。由于光是橫波，E’還必須垂直與波的傳播方向。根據(7)式，在赤道面各點的振幅最大，兩極為零。

同樣可以把自然光的另外一部分沿著Z軸振蕩處理。就可以得到上述的實驗結果。

應用：蜜蜂利用偏振光和生物鐘來辨別方向。

開車時司機帶有偏光的太陽鏡。