第一篇：光學論文材料

簡介

在早期，主要是基于幾何光學和波動光學拓寬人的視覺能力，建立了以望遠鏡、顯微鏡、照相機、光譜儀和干涉儀等為典型產品的光學儀器工業。這些技術和工業至今仍然發揮著重要作用。本世紀中葉，產生了全息術和以傅里葉光學為基礎的光學信息處理的理論和技術。特別是六十年代初第一臺激光器的問世，實現了高亮度和高時一空相干度的光源，使光子不僅成為了信息的相干載體而且成為了能量的有效載體，隨著激光技，本和光電子技術的崛起，光學工程已發展為光學為主的，并與信息科學、能源科學、材料科學。生命科學、空間科學、精密機械與制造、計算機科學及微電子技術等學科緊密交叉和相互滲透的學科。它包含了許多重要的新興學科分支，如激光技術、光通信、光存儲與記錄、光學信息處理、光電顯示、全息和三維成像薄膜和集成光學、光電子和光子技術、激光材料處理和加工、弱光與紅外熱成像技術、光電測量、光纖光學、現代光學和光電子儀器及器件、光學遙感技術以及綜合光學工程技術等。這些分支不僅使光學工程產生了質上的躍變，而且推動建立了一個規模迅速擴大的前所未有的現代光學產業和光電子產業。編輯本段發展

近些年來，在一些重要的領域，信息載體正在由電磁波段擴展到光波段，從而使現代光學產業的主體集中在光信息獲取、傳輸、處理、記錄、存儲、顯示和傳感等的光電信息產業上。這些產業一般具有數字化、集成化和微結構化等技術特征。在傳統的光學系統經不斷地智能化和自動化，從而仍然能夠發揮重要作用的同時，對集傳感、處理和執行功能于一體的微光學系統的研究和開拓光子在信息科學中作用的研究，將成為今后光學工程學科的重要發展方向。平板顯示技術與器件

平板顯示是采用平板顯示器件輔以邏輯電路來實現顯示的。由于其電壓低、重量輕、體積小、顯示質量優異，無論在民用領域還是在軍用領域都將獲得廣泛應用。該方向主要從事發光與信息顯示前沿科學問題。既包括發光顯示材料（有機材料、無機材料及其相關復合等材料），又包括諸多（場發射、等離子體、發光二極管、液晶及電致發光等）顯示器件等方面的研究。全光信號處理及網絡應用技術

主要研究光通信網絡、光纖傳感及生物醫學光子學領域的前沿課題——光分組交換全光網的網絡技術及支撐光分組交換的全光信號處理技術，如光彈性分組環光纖通信網、全光緩存技術、光開關、光邏輯、光信頭識別、分布式光纖傳感系統、光纖性能在線檢測、光纖技術在生物醫學光子學中的應用等。光電檢測技術

主要研究先進制造技術、軌道交通等工程領域內各種幾何及物理量的光電檢測機理、方法、技術與實現途徑，并采用各種信息與信號處理方法與技術來獲得各種評價參數，最終實現對重要零部件與設備關鍵參數及缺陷的實時檢測與故障診斷，確保其運行安全。生物分子光探測技術

采用先進光電子學技術，以朊病毒、HIV等重要病毒為模型，開展病毒與細胞的相互作用機制、免疫保護機制研究，開展生物大分子的探測、分子相互作用識別等先進技術研究，發展快速檢測技術。開展新型病毒載體、真核表達載體技術的研究。開發新型疫苗和藥物。光電子材料與器件

太陽能電池技術，主要研究先進的晶硅太陽電池工藝，以及單晶硅/非晶硅 異質結（HIT）太陽電池技術、非晶硅薄膜太陽電池技術、有機薄膜太陽電池技術、染料敏化太陽電池技術、寬帶吸收增強太陽電池技術等。

研究稀土發光、半導體發光、白光LED照明、無汞熒光燈、光學薄膜基本設計、光存儲、光電探測等材料及光電器件，研究這些材料和器件的新技術和新工藝以及它們的應用。光學

研究內容

我們通常把光學分成幾何光學、物理光學和量子光學。幾何光學

是從幾個由實驗得來的基本原理出發，來研究光的傳播問題的學科。它利用光線的概念、折射、反射定律來描述光在各種媒質中傳播的途徑，它得出的結果通常總是波動光學在某些條件下的近似或極限。物理光學

是從光的波動性出發來研究光在傳播過程中所發生的現象的學科，所以也稱為波動光學。它可以比較方便的研究光的干涉、光的衍射、光的偏振，以及光在各向異性的媒質中傳插時所表現出的現象。波動光學 的基礎就是經典電動力學的麥克斯韋方程組。波動光學不詳論介電常數和磁導率與物質結構的關系，而側重于解釋光波的表現規律。波動光學可以解釋光在散射媒質和各向異性媒質中傳播時現象，以及光在媒質界面附近的表現；也能解釋色散現象和各種媒質中壓力、溫度、聲場、電場和磁場對光的現象的影響。量子光學

英文名稱：quantum optics

量子光學是以輻射的量子理論研究光的產生、傳輸、檢測及光與物質相互作用的學科。1900年普朗克在研究黑體輻射時，為了從理論上推導出得到的與實際相符甚好的經驗公式，他大膽地提出了與經典概念迥然不同的假設，即“組成黑體的振子的能量不能連續變化，只能取一份份的分立值”。

1905年，愛因斯坦在研究光電效應時推廣了普朗克的上述量子論，進而提出了光子的概念。他認為光能并不像電磁波理論所描述的那樣分布在波陣面上，而是集中在所謂光子的微粒上。在光電效應中，當光子照射到金屬表面時，一次為金屬中的電子全部吸收，而無需電磁理論所預計的那種累積能量的時間，電子把這能量的一部分用于克服金屬表面對它的吸力即作逸出功，余下的就變成電子離開金屬表面后的動能。

這種從光子的性質出發，來研究光與物質相互作用的學科即為量子光學。它的基礎主要是量子力學和量子電動力學。

光的這種既表現出波動性又具有粒子性的現象既為光的波粒二象性。后來的研究從理論和實驗上無可爭辯地證明了：非但光有這種兩重性，世界的所有物質，包括電子、質子、中子和原子以及所有的宏觀事物，也都有與其本身質量和速度相聯系的波動的特性。應用光學

光學是由許多與物理學緊密聯系的分支學科組成；由于它有廣泛的應用，所以還有一系列應用背景較強的分支學科也屬于光學范圍。例如，有關電磁輻射的物理量的測量的光度學、輻射度學；以正常平均人眼為接收器，來研究電磁輻射所引起的彩色視覺，及其心理物理量的測量的色度學；以及眾多的技術光學：光 學系統設計及光學儀器理論，光學制造和光學測試，干涉量度學、薄膜光學、纖維光學和集成光學等；還有與其他學科交叉的分支，如天文光學、海洋光學、遙感光學、大氣光學、生理光學及兵器光學等。學科發現

光學的起源在西方很早就有光學知識的記載，歐幾里得(Euclid，公元前約330～260)的<反射光學>(Catoptrica)研究了光的反射；阿拉伯學者阿勒·哈增(AI-Hazen，965～1038)寫過一部<光學全書>，討論了許多光學的現象。

光學真正形成一門科學，應該從建立反射定律和折射定律的時代算起，這兩個定律奠定了幾何光學的基礎。17世紀，望遠鏡和顯微鏡的應用大大促進了幾何光學的發展。

光的本性（物理光學）也是光學研究的重要課題。微粒說把光看成是由微粒組成，認為這些微粒按力學規律沿直線飛行，因此光具有直線傳播的性質。19世紀以前，微粒說比較盛行。但是，隨著光學研究的深入，人們發現了許多不能用直進性解釋的現象，例如干涉、衍射等，用光的波動性就很容易解釋。於是光學的波動說又占了上風。兩種學說的爭論構成了光學發展史上的一根紅線。

狹義來說，光學是關于光和視見的科學，optics(光學)這個詞，早期只用于跟眼睛和視見相聯系的事物。而今天，常說的光學是廣義的，是研究從微波、紅外線、可見光、紫外線直到X射線的寬廣波段范圍內的，關于電磁輻射的發生、傳播、接收和顯示，以及跟物質相互作用的科學。光學是物理學的一個重要組成部分，也是與其他應用技術緊密相關的學科。編輯本段歷史發展

光學是一門有悠久歷史的學科，它的發展史可追溯到2000多年前。

人類對光的研究，最初主要是試圖回答“人怎么能看見周圍的物體？”之類問題。約在公元前400多年(先秦的代)，中國的《墨經》中記錄了世界上最早的光學知識。它有八條關于光

學的記載，敘述影的定義和生成，光的直線傳播性和針孔成像，并且以嚴謹的文字討論了在平面鏡、凹球面鏡和凸球面鏡中物和像的關系。

自《墨經》開始，公元11世紀阿拉伯人伊本·海賽木發明透鏡；公元1590年到17世紀初，詹森和李普希同時獨立地發明顯微鏡；一直到17世紀上半葉，才由斯涅耳和笛卡兒將光的反射和折射的觀察結果，歸結為今天大家所慣用的反射定律和折射定律。

1665年，牛頓進行太陽光的實驗，它把太陽光分解成簡單的組成部分，這些成分形成一個顏色按一定順序排列的光分布——光譜。它使人們第一次接觸到光的客觀的和定量的特征，各單色光在空間上的分離是由光的本性決定的。

牛頓還發現了把曲率半徑很大的凸透鏡放在光學平玻璃板上，當用白光照射時，則見透鏡與玻璃平板接觸處出現一組彩色的同心環狀條紋；當用某一單色光照射時，則出現一組明暗相間的同心環條紋，后人把這種現象稱牛頓環。借助這種現象可以用第一暗環的空氣隙的厚度來定量地表征相應的單色光。

牛頓在發現這些重要現象的同時，根據光的直線傳播性，認為光是一種微粒流。微粒從光源飛出來，在均勻媒質內遵從力學定律作等速直線運動。牛頓用這種觀點對折射和反射現象作了解釋。

惠更斯是光的微粒說的反對者，他創立了光的波動說。提出“光同聲一樣，是以球形波面傳播的”。并且指出光振動所達到的每一點，都可視為次波的振動中心、次波的包絡面為傳播波的波陣面(波前)。在整個18世紀中，光的微粒流 理論和光的波動理論都被粗略地提了出來，但都不很完整。

19世紀初，波動光學初步形成，其中托馬斯·楊圓滿地解釋了“薄膜顏色”和雙狹縫乾涉現象。菲涅耳于1818年以楊氏乾涉原理補充了惠更斯原理，由此形成了今天為人們所熟知的惠更斯-菲涅耳原理，用它可圓滿地解釋光的干涉和衍射現象，也能解釋光的直線傳播。

在進一步的研究中，觀察到了光的偏振和偏振光的干涉。為了解釋這些現象，菲涅耳假定光是一種在連續媒質(以太)中傳播的橫波。為說明光在各不同媒質中的不同速度，又必須假定以太的特性在不同的物質中是不同的；在各向異性媒質中還需要有更復雜的假設。此外，還必須給以太以更特殊的性質才能解釋光不是縱波。如此性質的以太是難以想象的。

1846年，法拉第發現了光的振動面在磁場中發生旋轉；1856年，韋伯發現光在真空中的速度等于電流強度的電磁單位與靜電單位的比值。他們的發現表明光學現象與磁學、電學現象間有一定的內在關系。

1860年前后，麥克斯韋的指出，電場和磁場的改變，不能局限于空間的某一部分，而是以等于電流的電磁單位與靜電單位的比值的速度傳播著，光就是這樣一種電磁現象。這個結論在1888年為赫茲的實驗證實。然而，這樣的理論還不能說明能產生象光這樣高的頻率的電振子的性質，也不能解釋光的色散現象。到了1896年洛倫茲創立電子論，才解釋了發光和物質吸收光的現象，也解釋了光在物質中傳播的各種特點，包括對色散現象的解釋。在洛倫茲的理論中，以太乃是廣袤無限的不動的媒質，其唯一特點是，在這種媒質中光振動具有一定的傳播速度。

對于像熾熱的黑體的輻射中能量按波長分布這樣重要的問題，洛倫茲理論還不能給出令人滿意的解釋。并且，如果認為洛倫茲關于以太的概念是正確的話，則可將不動的以太選作參照系，使人們能區別出絕對運動。而事實上，1887年邁克耳遜用乾涉儀測“以太風”，得到否定的結果，這表明到了洛倫茲電子論時期，人們對光的本性的認識仍然有不少片面性。

1900年，普朗克從物質的分子結構理論中借用不連續性的概念，提出了輻射的量子論。他認為各種頻率的電磁波，包括光，只能以各自確定分量的能量從振子射出，這種能量微粒稱為量子，光的量子稱為光子。

量子論不僅很自然地解釋了灼熱體輻射能量按波長分布的規律，而且以全新的方式提出了光與物質相互作用的整個問題。量子論不但給光學，也給整個物理學提供了新的概念，所以通常把它的誕生視為近代物理學的起點。

1905年，愛因斯坦運用量子論解釋了光電效應。他給光子作了十分明確的表示，特別指出光與物質相互作用時，光也是以光子為最小單位進行的。

1905年9月，德國《物理學年鑒》發表了愛因斯坦的“關于運動媒質的電動力學”一文。第一次提出了狹義相對論基本原理，文中指出，從伽利略和牛頓時代以來占統治地位的古典物理學，其應用范圍只限于速度遠遠小于光速的情況，而他的新理論可解釋與很大運動速度有關的過程的特征，根本放棄了以太的概念，圓滿地解釋了運動物體的光學現象。

這樣，在20世紀初，一方面從光的干涉、衍射、偏振以及運動物體的光學現象確證了光是電磁波；而另一方面又從熱輻射、光電效應、光壓以及光的化學作用等無可懷疑地證明了光的量子性——微粒性。

1922年發現的康普頓效應，1928年發現的喇曼效應，以及當時已能從實驗上獲得的原子光譜的超精細結構，它們都表明光學的發展是與量子物理緊密相關 的。光學的發展歷史表明，現代物理學中的兩個最重要的基礎理論——量子力學和狹義相對論都是在關于光的研究中誕生和發展的。

此后，光學開始進入了一個新的時期，以致于成為現代物理學和現代科學技術前沿的重要組成部分。其中最重要的成就，就是發現了愛因斯坦于1916年預言過的原子和分子的受激輻射，并且創造了許多具體的產生受激輻射的技術。

愛因斯坦研究輻射時指出，在一定條件下，如果能使受激輻射繼續去激發其他粒子，造成連鎖反應，雪崩似地獲得放大效果，最后就可得到單色性極強的輻射，即激光。1960年，西奧多·梅曼用紅寶石制成第一臺可見光的激光器；同年制成氦氖激光器；1962年產生了半導體激光器；1963年產生了可調諧染料激光器。由于激光具有極好的單色性、高亮度和良好的方向性，所以自1958年發現以來，得到了迅速的發展和廣泛應用，引起了科學技術的重大變化。

光學的另一個重要的分支是由成像光學、全息術和光學信息處理組成的。這一分支最早可追溯到1873年阿貝提出的顯微鏡成像理論，和1906年波特為之完成的實驗驗證；1935年澤爾尼克提出位相反襯觀察法，并依此由蔡司工廠制成相襯顯微鏡，為此他獲得了1953年諾貝爾物理學獎；1948年伽柏提出的現代全息照相術的前身——波陣面再現原理，為此，伽柏獲得了1971年諾貝爾物理學獎。

自20世紀50年代以來，人們開始把數學、電子技術和通信理論與光學結合起來，給光學引入了頻譜、空間濾波、載波、線性變換及相關運算等概念，更新了經典成像光學，形成了所謂“博里葉光學”。再加上由于激光所提供的相乾光和由利思及阿帕特內克斯改進了的全息術，形成了一個新的學科領域——光學信息處理。光纖通信就是依據這方面理論的重要成就，它為信息傳輸和處理提供了嶄新的技術。

在現代光學本身，由強激光產生的非線性光學現象正為越來越多的人們所注意。激光光譜學，包括激光喇曼光譜學、高分辨率光譜和皮秒超短脈沖，以及可調諧激光技術的出現，已使傳統的光譜學發生了很大的變化，成為深入研究物質微觀結構、運動規律及能量轉換機制的重要手段。它為凝聚態物理學、分子生物學和化學的動態過程的研究提供了前所未有的技術。

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第二篇：光學工程人才培養的幾點做法論文

摘要：:從光學工程領域的發展態勢出發，指出了光學工程專業人才培養目標，具體說明了光學工程專業人才培養的建設思路和成效，為光學工程培養方案的進一步完善提供一定的借鑒，進一步提升光學工程碩士研究生的社會競爭力。

關鍵詞:光學工程;研究生;培養方案在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》、《2006-2020年國家信息化發展戰略》、《信息產業發展規劃》和《陜西省推進建設絲綢之路經濟帶和21世紀海上絲綢之路實施方案(2015—2020年)》等文件中，強調重點發展寬帶網絡覆蓋工程、電子信息產品制造業及現代服務業、能源光電子技術及其產業等，并在與光學工程相關的光纖寬帶接入網絡、激光技術與應用、能源光電子技術及其產業、新型顯示技術及其產業等領域實現重大突破。為適應國家經濟社會發展的需求，本校逐步優化研究生結構，從2015年全專業招收2名工程碩士，到2017年全專業招收工程碩士11名。與“寶雞航宇光電顯示技術開發有限責任公司”、“快速制造國家工程研究中心寶雞創新中心”(即“寶雞高新智能制造技術有限公司”)、“寶雞恒通電子有限公司”等高新技術企業聯合培養工程碩士，積極開展“超快光學與光通信技術、光電功能材料與器件、激光技術及應用、光電檢測與顯示技術”等方向的研究工作。多措施構建以利于人才培養的模式和人才培養特色培育的光學工程專業碩士人才培養體系。加強學科建設，增強自我造血功能，切實深化校企、校校合作，提升服務地方能力與水平，保障光學工程專業碩士人才培養質量。

一、培養目標與定位

本校工程碩士專業學位領域自2015年開始招收光學專業碩士，根據光學學科發展趨勢、特點并結合及我國經濟社會對光學類專業技能人才的需求狀況，將光學工程專業碩士人才培養目標定位為:面向光學工程領域，按照“需求為本、學程分段、突出實踐、分類培養”的人才培養模式，培養德智體全面發展，掌握光學工程領域較為堅實的理論基礎，掌握解決光學工程問題的先進方法和現代技術手段，為國有大中型企業、高新技術企業和工程建設部門培養高層次應用型工程技術和工程管理人才。

二、建設具體做法

(一)明確目標定位，突出培養特色

以建設寶雞大學為契機，結合我校的實際情況和國家工業經濟發展戰略、陜西省和寶雞市光電產業對光學高層次人才的現實需求，為國有大中型企業、高新技術企業和工程建設部門培養德智體全面發展的高層次應用型工程技術和工程管理人才。目前形成了一定的特色:

(1)區域優勢:新型功能材料技術及其產業、能源光電子技術及其產業、光纖通信技術及其產業等為寶雞地區戰略性新興產業，眾多的光電類企業為光學工程碩士提供了優質的實踐環境，為產學研合作提供了條件，為工程碩士的發展提供了難得的發展機遇。

(2)實行雙導師制:寶雞文理學院聘請光電類企業具有豐富實踐和教學經驗的高級專業技術人員和校內導師組成導師組，對工程碩士的工程實踐和學位論文進行聯合指導。

(3)培養特色:在人才培養模式方面，形成了“需求為本，學程分段，突出實踐，分類培養”的人才培養模式。在校企合作、校校合作聯合培養方面，形成了“優勢互補，資源共享，互利共贏，協同育人”的聯合培養特色。

(二)加強校企合作，注重過程培養

積極開展校企合作、校校合作，按照“優勢互補，資源共享，互利共贏，協同育人”指導思想，選擇光電子信息和能源光電子相關領域自主創新能力強、技術和人才密集、具有一定研究生培養經驗的大型骨干企業建立穩定的實踐基地，優化人才培養模式，保證工程碩士研究生實踐教學的質量和效果，提升服務地方能力與水平。目前，學校分別與“寶雞航宇光電顯示技術開發有限責任公司”、“快速制造國家工程研究中心寶雞創新中心”(即“寶雞高新智能制造技術有限公司”)、“寶雞恒通電子有限公司”這3家高新技術企業簽訂了光學工程專業學位碩士研究生聯合培養協議，建立了研究生聯合培養的校外實踐基地。學校聘請光電類企業具有豐富實踐和教學經驗的高級專業技術人員和校內導師組成導師組，對工程碩士的工程實踐和學位論文進行聯合指導。

(三)完善考核機制，提高培養質量

多措施并舉完善落實陽光招生選拔制度，進一步優化研究生生源結構，保證研究生生源質量;積極完善教學考核相關制度，對光學工程碩士專業學位研究生課程學習評價采用過程性評價與終結性評價相結合的方法進行，落實中期考核、開題報告及學位論文審查制度，提高人才培養質量;嚴格校內外導師的選聘、培訓和考核制度，優化導師團隊;完善多層次獎助體系制度，提高光學工程碩士生活水平。

(四)加強平臺建設，提高科研水平

積極提升科研實驗平臺建設，現已建成省級實驗教學示范中心“物理實驗教學中心”、市級科研平臺“寶雞市超快光學與新材料工程技術研究中心”、校級實驗平臺“光電功能材料與器件開發實驗室”和“現代電子與測控技術實驗教學中心”4個科研實驗平臺，為光學工程研究生培養所必須的實踐環節和開展相關科研工作提供了保障。

三、培養成效

基于以上培養理念，本校光學工程碩士研究生培養工作取得了一定的成效。截至目前，光學工程研究生共計發表科研論文9篇，其中SCI源期刊論文4篇，EI源期刊論文5篇，獲授權國家專利1項。學校積極鼓勵光學工程研究生參加各類國際國內競賽活動和實踐創新活動，兩名研究生獲得第四屆研究生創新成果二等獎和三等獎各1項。綜上所述，針對目前本校光學工程領域碩士研究生培養的幾點做法進行了說明，希望能為光學工程培養方案的進一步完善提供一些有益的幫助，培養高層次應用型工程技術和工程管理人才。

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第三篇：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。