光與現(xiàn)代生活光與現(xiàn)代生活2011光與現(xiàn)代生活課程內(nèi)容總結(jié)沈劍鋒09301030043軟件工程。

目錄幾何光學(xué)的基本定律 2顯微鏡及其相關(guān)知識介紹 6光纖通信簡介 9狹縫衍射和衍射光柵及其應(yīng)用 12波動光學(xué)（干涉、衍射和光學(xué)儀器） 13光的干涉及其應(yīng)用 16光的偏振及其應(yīng)用 18光的吸收色散和散射及其應(yīng)用 20太陽能光伏技術(shù) 22光學(xué)在醫(yī)學(xué)和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用 25課外參觀等學(xué)到的光學(xué)知識 27幾何光學(xué)的基本定律幾何光學(xué)的三個(gè)基本定律： 1光的直線傳播定律：在真空或均勻介質(zhì)中，光沿直線傳播，即為一直線 2光的獨(dú)立傳播定律：自不同方向或有不同物體發(fā)出的光線相交，每一光線的獨(dú)立傳播不發(fā)生影響 3光的反射和折射定律：當(dāng)光線自一種各向同性、均勻介質(zhì)入射到另一種各向同性、均勻介質(zhì)的分界面上時(shí)，光線在兩種介質(zhì)的分界面上被分為反射光線和折射光線，對于這兩條光線的行進(jìn)方向，可分別由反射定律和折射定律描述。反射：入射光線，反射光線和法線都在同一平面內(nèi)，入射角等于反射角折射：入射光線，折射光線和法線都在同一平面內(nèi)，且有折射公式：n12為介質(zhì)2相對于介質(zhì)1的折射率 折射率：介質(zhì)材料光學(xué)性能的重要參數(shù)，介質(zhì)折射率等于真空中光速與該介質(zhì)中光速之比，介質(zhì)中的光速等于真空中的光速除以折射率，定義式為： 推導(dǎo)公式： 色散：介質(zhì)對不同波長的光具有不同的折射率。所以折射會導(dǎo)致色散 霓與虹：軍事空氣中的小水滴折射反射色散造成的，霓折射兩次，反射2次。虹折射兩次，反射1次。規(guī)律：虹在下，顏色自下而上是紫色到紅色，霓在上，顏色排列順序和虹相反。 波動：擾動在空間中傳播形成波動，波速v等于擾動的時(shí)間頻率f與波動的空間周期（波長）λ的乘積，即v=f*λ，真空中有c=f0*λ0，同時(shí)有衍生公式： 波動與介質(zhì)的關(guān)系：同一譜線的光波在不同介質(zhì)中速度不同，頻率不會改變，介質(zhì)的折射率等于同一譜線在真空中的波長與介質(zhì)中波長之比，介質(zhì)中的波長等于真空中的波長除以折射率n>1，介質(zhì)中的波長變短了。光路的可逆性原理：一般的，當(dāng)光線逆向傳播時(shí)，它將沿正向傳播時(shí)的同一路徑反向傳播全反射現(xiàn)象：光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)的時(shí)候，如果入射角大于或等于臨界角，則在介質(zhì)分界面上至發(fā)生反射而不發(fā)生折射的現(xiàn)象。相關(guān)概念：光密介質(zhì)：折射率相對較大的介質(zhì)光疏介質(zhì)：折射率相對較小的介質(zhì)全反射的臨界角：在折射公式中令折射角等于90度時(shí)的入射角大小極為臨界角。計(jì)算公式： 全反射現(xiàn)象的應(yīng)用： 光波導(dǎo)：通過限制導(dǎo)引光波沿著指定路線行進(jìn)，是現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)的最重要的傳輸途徑。主要應(yīng)用原理是光的全發(fā)射。 最重要產(chǎn)品是光纖。 光纖：一種傳光的細(xì)玻璃絲有內(nèi)外兩層，內(nèi)層折射率高，外層折射率低。所以由于全反射，當(dāng)光從一端入射后，可通過不斷的全反射，從另一端出射。費(fèi)馬原理光程：光線路徑的幾何長度與所經(jīng)過的介質(zhì)折射率乘積，在均勻介質(zhì)中，光線經(jīng)Q點(diǎn)到達(dá)P點(diǎn)光程L(QP)=nl在介質(zhì)均勻分布的場合，比如透鏡組，光程為： 在變折射率介質(zhì)中，光程彎曲，光程的計(jì)算不再是求積，而是求積分費(fèi)馬原理——光線沿光程為平穩(wěn)值的路徑傳播 積分中的L即為平穩(wěn)值，包含三種含義：極小值（常見情形）極大值（個(gè)別情形）常數(shù)（成像系統(tǒng)物象關(guān)系）費(fèi)馬原理的數(shù)學(xué)表達(dá)式：路徑積分是路徑L的泛函，其平穩(wěn)條件是變分為零由費(fèi)馬原理可以推出：1.光的直線傳播。2.反射定律。3.折射定律。 所以費(fèi)馬原理是三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的最高概括！自然界中的全反射現(xiàn)象：海市蜃樓，沙漠神泉，變短的機(jī)場跑道，晶瑩的露珠1海市蜃樓：海水蒸發(fā)，空氣密度自下而上逐漸降低，光線宏觀上呈向上凸起的形狀2沙漠神泉：地面散熱，導(dǎo)致地表溫度較高，地面氣體上升，逐漸冷卻，所以空氣密度自下而上逐漸升高，光線宏觀上呈向下凸起的線性形狀3變短的機(jī)場跑道：原理與沙漠神泉相類似成像的基本概念同心光束：自一發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的許多光線構(gòu)成的光束，一個(gè)物點(diǎn)或一個(gè)像點(diǎn)都與一個(gè)同心光束相聯(lián)系物象能否成像：與物點(diǎn)相聯(lián)系的同心光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)變換后是否還是同心光束（我的問題：凸透鏡成像時(shí)光程的長短差距導(dǎo)致，像的問題）理想光學(xué)系統(tǒng)：能保持成像光束同心性的光學(xué)系統(tǒng)，物上的一個(gè)點(diǎn)與像上的一個(gè)點(diǎn)一一對應(yīng)實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)：只能近似的成像物象的分類：實(shí)物：入射光束相對于光學(xué)系統(tǒng)是發(fā)散的虛無：入射光束相對于光學(xué)系統(tǒng)是匯聚的實(shí)像：出射光束相對于光學(xué)系統(tǒng)來講是匯聚的，匯聚的頂點(diǎn)是實(shí)像虛像：出射光束相對于光學(xué)系統(tǒng)來講是發(fā)散的，發(fā)散的同心光束的頂點(diǎn)時(shí)虛像各種光學(xué)成像器件平面鏡成像：平面鏡成像棱鏡的成像：可以改變成像的方向（曲面）反射鏡成像：由于位置和方向的不同，會放大、縮小或畸變的像單球面折射成像：球面折射的三種放大率：線放大率軸向放大率α角放大率γ共軸球面成像系統(tǒng):果所有折射面的球面中心都在同一直線OO’上，則這組球面稱為共軸球面系統(tǒng)，而直線OO’稱為系統(tǒng)的主光軸。光闌：用它來限制光束以及限制視場，從而達(dá)到改善成像質(zhì)量、控制像的亮度、調(diào)節(jié)景深等目的。孔徑光闌：限制物上每一點(diǎn)參加成像光束的大小，它可以控制像的亮度。視場光闌：限制成像物體的范圍，即限制視場。常見例子為限制照相機(jī)底片所能記錄實(shí)像的物區(qū)范圍光學(xué)儀器：眼鏡：結(jié)構(gòu)：角膜、瞳孔、晶狀體、虹膜、睫狀肌，玻璃體，視網(wǎng)膜、黃點(diǎn)、盲點(diǎn)、視覺神經(jīng)明視距離：25厘米左右照相機(jī)：利用凸透鏡成像的原理。物距遠(yuǎn)大于焦距進(jìn)而使像平面在焦平面附近。放大鏡：即為凸透鏡放大率：顯微鏡：功能：觀察極小的物體結(jié)構(gòu)：兩組透鏡,一組是短焦距的物鏡，另一組是長焦距的目鏡望遠(yuǎn)鏡：功能：觀察遙遠(yuǎn)的物體結(jié)構(gòu)：由焦距很短且口徑較小的目鏡和焦距較長口徑較大的物鏡光刻技術(shù)：技術(shù)節(jié)點(diǎn)65-90像差： 偏離理想成像的現(xiàn)象叫做像差，且像差可分為單色像差和色像差 單色相差的分類：1.球面相差。2.慧性像差。3.像散。4像場彎曲。5畸變球面相差：光軸上物點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)過透鏡后不再交于一點(diǎn)。慧差，消球差系統(tǒng)中，靠近光軸的物點(diǎn)經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)后仍不匯聚于一點(diǎn)，而是形成一錐形彌散斑，其形狀和彗星很像，故名。像散和像場彎曲：像散與彗差相似，是不在軸上的物點(diǎn)成像時(shí)引起的像差，二者不同之處在于彗差是把一個(gè)點(diǎn)的像在垂直于軸的平面內(nèi)擴(kuò)展為彗星形狀，而像散的作用則是沿軸的方向把一個(gè)點(diǎn)的像予以擴(kuò)展。畸變，發(fā)生向內(nèi)收縮或向外膨脹的成像畸形色差，成像時(shí)發(fā)生色散即同一物點(diǎn)發(fā)射出的復(fù)合光在不同位置形成不同顏色的像顯微鏡及其相關(guān)知識介紹概念：一種放大觀察物（標(biāo)本）圖像的設(shè)備。基本結(jié)構(gòu)及其功能：最基本的光學(xué)結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)凸透鏡靠近標(biāo)本的凸透鏡稱之“物鏡”，它將標(biāo)本像放大1~100倍，并且成實(shí)像。靠近眼睛的稱之“目鏡”，這個(gè)透鏡將實(shí)像放大8~15倍后形成虛像，最終這個(gè)象投射到視網(wǎng)膜。延伸概念：實(shí)像:成像在像方視場，是由透過光學(xué)系統(tǒng)的一束光組成的。（如果你在成像處放上一個(gè)屏幕或者一塊毛玻璃的話，可以真實(shí)的看到像。）虛像:成像在物方視場，是由透過光學(xué)系統(tǒng)的一束光虛構(gòu)而成的（即使放置屏幕或者毛玻璃也不能看到任何像，這和實(shí)像不同。）顯微鏡的分類：按形式分類：正置顯微鏡：從工作臺上部的視點(diǎn)觀察，主要用于觀察固定在載玻片上的切片倒置顯微鏡：從工作臺下部的視點(diǎn)觀察，主要用于觀察培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)標(biāo)本體視顯微鏡：低放大倍數(shù)，立體像的觀察。按觀察方式：透射照明：觀察光線透過標(biāo)本，主要用于形態(tài)學(xué)研究。反射/落射照明方法：觀察光線被標(biāo)本發(fā)射回來，用于生物醫(yī)學(xué)研究也用于金相或礦物研究明場觀察：觀察染色標(biāo)本，用于臨床診斷，血檢等。相襯觀察：觀察無色透明的標(biāo)本，觀察活細(xì)胞，根據(jù)不同的顏色深淺，觀察細(xì)微組織的相襯。微分干涉：相襯（諾馬斯基）觀察，觀察無色透明的標(biāo)本，觀察活細(xì)胞，觀察用諾馬斯基棱鏡產(chǎn)生正交的偏振光每兩束形成的虛擬三維像熒光觀察：觀察標(biāo)本發(fā)射的熒光，使用熒光染料/熒光素，應(yīng)用了很多不同的熒光技術(shù)，目前研究工作中最重要的技術(shù)。暗場觀察：觀察光從物體散射出來而無直接的發(fā)射光進(jìn)入物鏡的。偏振觀察：觀察兩個(gè)偏振器之間的物體特性照明最常用于顯微鏡的照明是“柯勒照明法”燈絲像（鹵素?zé)舻模┚劢乖谖镧R的后焦面，而視場光闌像聚焦的標(biāo)本面。照明標(biāo)本的平行光路在視場光闌確定的足夠范圍內(nèi)，所以均勻而沒有耀斑和陰影。顯微鏡部件 結(jié)構(gòu)有：目鏡，轉(zhuǎn)換器，物鏡，工作臺，聚光鏡，照明開關(guān)，屈光度調(diào)節(jié)，標(biāo)本夾，粗調(diào)焦手輪，微調(diào)焦手輪，光強(qiáng)控制鈕。三目鏡筒，分光鏡，總開關(guān)，工作臺運(yùn)動手輪，場鏡，視場光闌。光源： 發(fā)展：過去，低壓鎢絲燈用作生物顯微鏡的光源現(xiàn)在，鹵素?zé)舯黄毡椴捎酶邚?qiáng)度的汞燈或者氙氣燈也被普遍用于熒光顯微鏡，例如，需要紫外波長的種類及特點(diǎn)：鎢絲燈：鎢絲放在充滿氬氣的燈泡里，是一種白幟燈鹵素?zé)簦核纳珳馗哂阪u燈，更接近白日光。壽命比鎢燈長，所以成本低汞燈：它具有豐富的紫外光譜和可見光波長，所以他適合熒光顯微鏡。它高光強(qiáng)但是也成本高壽命短氙燈：它具有全波段高而穩(wěn)定的光強(qiáng)，對標(biāo)本損害小所以適合觀察活細(xì)胞目鏡： 作用：將物鏡給出的像放得更大 分類：以放大倍數(shù)分：8x,10x,12.5x,15x以視場分18φ,20φ,22φ,25φ目鏡筒：分為鉸鏈?zhǔn)胶屠焓睫D(zhuǎn)換器：通常使用的轉(zhuǎn)換器從3孔到7孔工作臺： 分類：機(jī)械工作臺:這個(gè)工作臺可按X向和Y向，兩個(gè)方向運(yùn)動。應(yīng)用十分普遍。平工作臺:由單個(gè)平臺制成簡單的工作臺，移動標(biāo)本需要手動，所以使用高倍物鏡時(shí)就很不方便。可以附加標(biāo)本操作的機(jī)械工作臺。旋轉(zhuǎn)工作臺:這種工作臺是大約15厘米直徑的圓形。以光軸為中心旋轉(zhuǎn)。通常為從不同方向作各種觀察的偏光領(lǐng)域。聚光鏡：聚光鏡作用：會集照明器發(fā)出的光線到標(biāo)本面，然后將光束送到物鏡后焦面 使用要求:聚光鏡必須很好的調(diào)焦，否則會降低像的分辯率聚光鏡必須精確的對中，否則照明將會不均勻分類： 阿貝聚光鏡:透鏡的結(jié)構(gòu)比較簡單，成本也低，所以用于測試和教育旋出式消色差聚光鏡:校正了色差及球差的高水平聚光鏡。旋出的頂端鏡頭系統(tǒng)覆蓋了低倍到高倍的放大率。應(yīng)用于顯微照相和圖像記錄等。消色差/齊明聚光鏡:最高級的聚光鏡。像差得到很大的改善。應(yīng)用于高倍的臨界觀察和真彩色攝像。其他聚光鏡:專業(yè)聚光鏡、相襯、暗場、萬能聚光鏡、可以同時(shí)裝相襯和微分干涉相襯聚光鏡的選擇：根據(jù)應(yīng)用要求選擇聚光鏡物鏡:物鏡標(biāo)志標(biāo)出了所有必要的信息，其中包括：1.類型:平場復(fù)消色差，平場熒光，平場，熒光等2.WD(工作距離):物鏡頂端到蓋玻片表面的距離3.N.A.(數(shù)值孔徑):物鏡性能的標(biāo)志，它影響像的亮度，分辯率，焦深等4.浸液標(biāo)記：黑色的線標(biāo)示是油鏡5.色圈：代表每種放大率6.–1X（黑色）,2X（灰色）,10X（黃色),20X（綠色）,40X（淺藍(lán)）60X（深藍(lán)）,100X（白色）7.校正環(huán)：校正蓋玻片的厚度(標(biāo)準(zhǔn)厚度是0.17mm)消色差色差是指C線（紅）和F線（藍(lán)）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)波長作校正。如果視場中心的像差充分校正，分辯率和襯度在中心也很好，那么普通觀察的效果就非常理想。平場消色差給出一個(gè)“平坦像”，整個(gè)視場都作了彎曲校正和顏色校正。這樣使中心的周邊視野的分辯率和襯度都很出色。這種物鏡適合超寬視場觀察和顯微攝影。平場復(fù)消色差色差在整個(gè)可見光譜中適當(dāng)?shù)墨@得校正，包括了C線（紅），F(xiàn)線（藍(lán)）和G線（紫）。CFI平場復(fù)消色差以其最高的NA成為最高級的物鏡。在整個(gè)視場中進(jìn)行多種的像差校正。它提供了最高的分辯率和視場平坦度，使它成為各種顯微觀察和微細(xì)結(jié)構(gòu)彩色顯微攝影的最好物鏡。浸液物鏡利用水或者油的折射率增大NA無蓋玻片物鏡無蓋玻片的物鏡用于觀察無蓋玻片的標(biāo)本如血圖片檢測相襯物鏡用于相襯觀察，相襯環(huán)在物鏡內(nèi)部。標(biāo)志是“DL”或者“DLL”熒光物鏡在紫外波段有和可見光波長一樣的高透過率鏡頭沒有自發(fā)的熒光偏光物鏡消畸變物鏡專用于偏光觀察光纖通信簡介光纖通信史烽火臺：周朝光電話：1880貝爾發(fā)明，利用光載波信號來傳送話音。第一臺激光器：1960年1970年：高錕提出光纖可作為光信號的通道；第一根低損耗光纖(20dB/Km)研制成功(康寧公司)；貝爾實(shí)驗(yàn)室成功研制能在室溫條件下連續(xù)工作的半導(dǎo)體激光器低損耗光纖：1974年——貝爾實(shí)驗(yàn)室成功研制出損耗為1dB/Km的光纖（化學(xué)氣相沉積法(CVD)）6. 1976年——日本電話電報(bào)公司研制出損耗更低的光纖（0.5dB/Km）7. 20世紀(jì)70年代末期——光纖通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)第一次業(yè)務(wù)運(yùn)營8. 20世紀(jì)80年代后期——光纖損耗已經(jīng)降低到0.16dB/Km9. 1988年——第一條跨大西洋光纜投入運(yùn)營10. 90年代起：一系列光子器件（波分復(fù)用器件、光纖光柵等等）光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)：通信容量大——光纖的可用帶寬較大，一般在10GHz以上;而金屬電纜存在的分布電容和分布電感實(shí)際上起到了低通濾波器的作用，限制了電纜的傳輸頻率、帶寬以及信息承載能力。傳輸距離長——光纜的傳輸損耗比電纜低，因而可傳輸更長的距離。抗電磁干擾——光纖通信系統(tǒng)避免了電纜由于相互靠近而引起的電磁干擾。光纖的材料是玻璃或塑料，都不導(dǎo)電，因而不會產(chǎn)生磁場，也就不存在相互間的電磁干擾。抗噪聲干擾——光纖不導(dǎo)電的特性還避免了光纜受到閃電、電機(jī)、熒光燈及其他電器源的電磁干擾（EMI），外部的電噪聲也不影響光頻的傳輸能力。此外，光纜不輻射射頻（RF）能量的特性也使它不會干擾其他通信系統(tǒng)。（故現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于軍事上）適應(yīng)環(huán)境——光纖對惡劣環(huán)境有較強(qiáng)抵抗能力。它比金屬電纜更能適應(yīng)溫度的變化，腐蝕性的液體或氣體對其影響也較小。保密性好——光纖不向外輻射能量，很難用金屬感應(yīng)器對光纜進(jìn)行竊聽。安全，重量輕，易于鋪設(shè)。壽命長。光纖通信網(wǎng)絡(luò)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：點(diǎn)到點(diǎn)的直接強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測（IM/DD）系統(tǒng)（根據(jù)傳輸信號的性質(zhì)不同，又可分為數(shù)字光纖通信系統(tǒng)和模擬光纖通信系統(tǒng)兩種）波分復(fù)用（WDM）光纖通信系統(tǒng)。接入網(wǎng)在發(fā)展無源光網(wǎng)絡(luò)（xPON）系統(tǒng)：FTTx。理解：波分復(fù)用就是將不同波長的光信號融合在一起進(jìn)行傳送然后在接受的時(shí)候分離處理。這樣就能夠同時(shí)發(fā)送多個(gè)信號，提高光纖的利用率即數(shù)據(jù)流量。單個(gè)數(shù)據(jù)源不可能提供如此高的數(shù)據(jù)流量。要充分利用光纖的帶寬，必須將多路信號進(jìn)行復(fù)用。我們把光纖通信窗口按照一定波長間隔劃分成若干通道，每個(gè)波長通道加載一路信號，多路信號送入一根光纖進(jìn)行傳輸密集波分復(fù)用：波分復(fù)用的峰波長之間的間隔為1.6nm，0.8nm或者更低的時(shí)候（對應(yīng)約為200GHz，100Ghz或更窄的帶寬）。頻分復(fù)用:更為密集的波分復(fù)用波分復(fù)用的缺點(diǎn)：波分復(fù)用系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是由于WDM的插入損耗減小了系統(tǒng)的可用功率，信道間的串?dāng)_也會惡化接收機(jī)的靈敏度，最關(guān)鍵的是波分復(fù)用器件的價(jià)格仍太高。時(shí)分復(fù)用：將不同的光信號以極短的時(shí)間間隔依次不斷的發(fā)送時(shí)分—波分復(fù)用：結(jié)合使用時(shí)分復(fù)用與波分復(fù)用光纖結(jié)構(gòu)：纖芯——包層——涂覆層——護(hù)套尺寸規(guī)格：單模光纖內(nèi)經(jīng)：9um；多模光纖內(nèi)徑：50/62.5um；外徑：125um光波導(dǎo)：光信號的信道光線基本定律：菲涅爾定律：n1*sinθ1=n2*sinθ2,若要實(shí)現(xiàn)全反射則n1>n2數(shù)值孔徑（NA）：表征光纖聚光能力的大小以及與光源耦合的難易程度。NA=n12-n22角度等于arcsin（NA）.標(biāo)準(zhǔn)多模光纖的標(biāo)稱值為0.2，對應(yīng)角度11.5光纖分類：單模光纖，多模光纖，特殊光纖按內(nèi)外變化分：越階光纖，漸變光纖光纖的兩個(gè)重要的傳輸特性參數(shù)：衰減（損耗）和色散散射損耗：光纖中分子不均勻，光纖光學(xué)純度不高制備缺陷損耗：光纖內(nèi)核與覆層之間的不均勻會引起如圖所示的損耗彎曲損耗：光纖彎曲損耗，光穿越疊層光損耗與波長：計(jì)量：分貝/公里，單模損失較小光纖中的色散：輸入光纖中的光不是單色光；光纖對光信號的色散作用，色散導(dǎo)致光脈沖發(fā)生展寬，導(dǎo)致前后重疊。影像傳輸容量和中繼距離。多模光纖，模式色散為主，與頻率無關(guān)。光線中有多種傳輸模式，即使在同一波長，不同模式沿光纖軸向的傳輸速度不同，到達(dá)接收端所用的時(shí)間不同，而產(chǎn)生模式色散單模光纖：材料色散+波導(dǎo)色散，與德爾塔拉姆達(dá)有關(guān)偏振模色散：實(shí)際光纖中存在不完善性所引起，使得沿著兩個(gè)不同方向偏振的同一模式的相位常數(shù)不同，從而導(dǎo)致這兩個(gè)模式傳輸不同步，形成色散。多模光纖：62.5微米最為常用，典型距離8km，用于閉路電視，廣播，數(shù)據(jù)傳輸，帶寬50-500MHz-km。局域網(wǎng)單模光纖：無線帶寬，8-10微米，典型距離超過8公里。用于：長途通訊，長途電視信號傳輸，長途多路廣播，長途數(shù)據(jù)傳輸，比電傳輸更便宜光纖的制備工藝： 光纖制造：普遍使用石英光纖。通過摻入微量的摻雜劑使纖芯和包層的折射率略有不同。高溫下做成光纖預(yù)制棒【主要有：管內(nèi)CVD（化學(xué)汽相沉積法），棒內(nèi)CVD法，PCVD（等離子體化學(xué)沉積法）和VAD（軸向汽相沉積法）】，然后在高溫熔爐中加溫軟化，拉成長絲，在進(jìn)行涂覆、套塑，成為光纖。光纜： 光纜要求：保護(hù)光纖，保留光纖比金屬質(zhì)輕、徑細(xì)的優(yōu)點(diǎn)，便于鋪設(shè)，維護(hù)方便 光纜結(jié)構(gòu)：光纜芯：緊套和松套；護(hù)層一般是多層護(hù)套組合 常見光纜典型構(gòu)成：層絞式（中間一大圓，外圍很多小圓圍繞）骨架式（雪花式中間加強(qiáng)芯，外面雪花鏤空處的近似于梯形的部分放置各種東西） 特性測試：傳輸特性：光損耗；溫度特性；機(jī)械特性：抗張強(qiáng)度，抗沖擊性，彎曲特性，柔曲性，扭轉(zhuǎn)特性，抗壓扁性等。狹縫衍射和衍射光柵及其應(yīng)用單縫衍射：費(fèi)聶耳衍射：光源s距衍射狹縫以及屏幕P距狹縫都在有限遠(yuǎn)處（或其中之一)在有限遠(yuǎn)處。夫瑯和費(fèi)衍射：光源s距衍射狹縫以及屏幕P距狹縫都在無限遠(yuǎn)處。單縫夫瑯禾費(fèi)衍射：衍射相關(guān)：主極大：主極大出現(xiàn)在θ=0的地方，集中了約90％光能。θ=0相當(dāng)于各衍射光線之間無光程差；中央明紋寬度：兩個(gè)一級暗紋間距。它滿足條件?λ≤asinθ≤λ。中央主極大半角寬：θ=λ/a。波長的影響：一是影響半角寬度Δθ,長波對應(yīng)的Δθ大。Δθ與λ成正比(當(dāng)波長非常短時(shí),衍射效應(yīng)可以忽略，所以幾何光學(xué)是λ→0的極限.)；二是影響衍射峰值I0，這是因?yàn)镮0正比于波長平方的倒數(shù)；衍射要改變象點(diǎn)零極峰位的色調(diào)雙縫衍射：相鄰的兩個(gè)縫，由于衍射，通過兩個(gè)縫的光在觀察屏上相遇，在兩個(gè)縫衍射光相互交疊的區(qū)域，不是簡單的呈現(xiàn)光強(qiáng)的疊加，而會發(fā)生干涉。雙縫衍射就是單縫衍射與雙光束干涉的結(jié)合，從而光強(qiáng)會重新分布。衍射光柵： 光柵：由大量等寬，等間距的平行狹縫所組成的光學(xué)元件 光柵常數(shù)：d=a+b；與單縫衍射唯一不同的是衍射屏上一系列等寬度等間隔的平行狹縫代替了單縫。每條縫的寬度仍為a，縫間不透明部分的寬度為b 衍射光柵：具有周期性的空間結(jié)構(gòu)或光學(xué)性能（如透射率、折射率）的衍射屏，統(tǒng)稱光柵。 光柵方程：（a+b）sin0=+-kλ 結(jié)論：理論和實(shí)驗(yàn)證明光柵的狹縫條數(shù)越多，條紋越明亮，光柵常數(shù)越小，條紋間距越大，條紋越細(xì)光柵光譜分光原理：不同波長(顏色)的光,主極大的位置不同,即復(fù)色光的明條紋有色散,形成光譜.其他應(yīng)用：熒光分光光度計(jì)，酶標(biāo)儀，光纖光柵，光柵傳感器等X射線衍射及其應(yīng)用 產(chǎn)生、本質(zhì)和波長：X射線是由高速電子撞擊物體時(shí)而產(chǎn)生，從本質(zhì)上它和可見光一樣，是一種電磁波，它的波長約為：0.001~0.01(nm) 波長方程：2dsinφ=kλ，d是各個(gè)原子之間的距離，拉姆達(dá)是入射和反射光線和原子層間的夾角。波動光學(xué)（干涉、衍射和光學(xué)儀器）波動光學(xué)：以光的波動性為基礎(chǔ)，研究光的傳播及其規(guī)律（干涉衍射偏振）量子光學(xué)：以光和物質(zhì)相互作用時(shí)所顯示出的粒子行為基礎(chǔ)，來研究光的一系列規(guī)律（光與物質(zhì)的相互作用規(guī)律）現(xiàn)代光學(xué)：反映了光學(xué)進(jìn)一步與各個(gè)科技領(lǐng)域的緊密結(jié)合（激光、全息攝影、光纖光學(xué)計(jì)算機(jī)、傅里葉光學(xué)、紅外技術(shù)、遙感、遙測）光的衍射與干涉：衍射與干涉是波動的共性，二者緊密相連。對光的衍射的定量解釋的依據(jù)就是光的干涉。干涉就是相位差恒定的同向振動的疊加光源：發(fā)光的物體（普通光源、激光光源） 普通光源分類：熱光源，冷光源，電致發(fā)光，光致發(fā)光，化學(xué)發(fā)光 普通光源特點(diǎn)：間歇性（平均發(fā)光間隔為十的負(fù)八次方秒，發(fā)出的是L=c*t） 隨機(jī)性（各波列的振動方向和初相位都是隨機(jī)的）光的干涉： 條件：頻率相同，振動方向相同，有恒定的相位差（兩獨(dú)立光源發(fā)出的光不可能產(chǎn)生干涉） 獲取方法：波分正面發(fā)（雙縫干涉的條件）分振幅法（透明介質(zhì)上下表面的反射光線就是相干光）光程： 相干光的相位差：?φ=2π/λ（r2-r1）若煤質(zhì)不同（rx分別要乘以nx） 光程：nr 意義：光程是光在媒質(zhì)中通過的路程折合到同一時(shí)間內(nèi)在真空中通過的相應(yīng)路程 干涉條紋的一般條件：δ=（n2r2-n1r1）=+-kλ明文 δ=(n2r2-n1r1)=+-(2k-1)λ/2暗紋 結(jié)論：對光干涉其決定性作用的不是這兩光束的幾何路程之差，而是二者的光程差光的衍射現(xiàn)象與惠更斯費(fèi)聶耳原理： 波的衍射：波動能繞過障礙物傳播，并進(jìn)入直線傳播的陰影區(qū)的現(xiàn)象（一切波的共性） 光的衍射：光在傳播過程中能繞過障礙物的邊緣而偏離直線傳播的現(xiàn)象（衍射光強(qiáng)具有重新分布性） 衍射現(xiàn)象的三個(gè)鮮明特點(diǎn)：衍射中光波不僅繞過了障礙物使物體的幾何陰影失去清晰的輪廓，而且在邊緣附近還出現(xiàn)了一系列明暗相間的條紋。限制與擴(kuò)展－－當(dāng)光束在衍射屏上的某一方位受到限制,則遠(yuǎn)處屏幕上的衍射光強(qiáng)就沿該方向擴(kuò)展開來;限制越嚴(yán)，擴(kuò)展越烈，衍射效應(yīng)越明顯光孔或障礙物線度ρ與光波長λ之比是一個(gè)敏感因素,它直接決定著衍射效應(yīng)的強(qiáng)弱程度.ρ>10^3λ,衍射效應(yīng)很弱,衍射現(xiàn)象不明顯.10^3λ>ρ>10λ,衍射現(xiàn)象顯著,出現(xiàn)了與光孔形狀對應(yīng)的衍射圖樣.（此時(shí)衍射圖樣與衍射屏的結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)，及衍射圖樣和產(chǎn)生衍射的微結(jié)構(gòu)有密切聯(lián)系，這一特點(diǎn)是的X射線衍射揭示了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)）Ρ<=λ衍射現(xiàn)象過于明顯,向散射過渡.衍射效應(yīng)是否明顯，除了障礙物大小外，還與觀察的距離和方式，光源強(qiáng)度和相干性等多方面因素有關(guān)衍射現(xiàn)象的分類： 系統(tǒng)：光源，衍射屏和接收屏 菲涅耳衍射（近場衍射）：光源和接收屏（或二者之一）距離衍射屏年有限遠(yuǎn) 夫瑯禾費(fèi)衍射（遠(yuǎn)場衍射）：光源和接收屏距離衍射屏都無窮遠(yuǎn)惠更斯—菲涅耳原理：波振面上的每個(gè)面元ds都可以看成新的振動中心，它們發(fā)出次光波；在空間某點(diǎn)P的光振動就是所有這些次光波在該點(diǎn)的相干疊加。圓孔與圓盤費(fèi)聶耳衍射（分析：半波待法，矢量圖解法）1半波帶法：(1)分割有效波前（衍射屏上的開口部分）(2)計(jì)算每個(gè)面元在某場點(diǎn)引起的復(fù)振幅(3)將所有這些復(fù)振幅相干疊加圓屏衍射無論是p變還是b變中心總存在一個(gè)亮斑 2矢量圖解法 設(shè)圓孔露出k個(gè)半波帶 3波帶片：設(shè)計(jì)制作一種能遮蔽偶數(shù)或奇數(shù)波帶的部分透明板，可以使光會聚，這種板叫波帶片。(a)開放偶數(shù)半波帶，中間黑色暗條紋(b)開放奇數(shù)半波帶，中間白色。波帶片具有強(qiáng)大的聚焦功能。作用同透鏡聚焦相似。現(xiàn)代新型波帶片： （1）全透明浮雕型波帶片（2）余弦式環(huán)形波帶片具有更為優(yōu)越的聚焦功能。（3）十字形波帶片（復(fù)旦大學(xué)物理系設(shè)計(jì)，用于滬東造船廠）二、圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射與光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)1. 圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射：中央亮斑(艾里斑)及周圍的明暗相間同心圓環(huán)條紋組成。 2.強(qiáng)度分布公式：I0是θ=0處的強(qiáng)度，即衍射中心點(diǎn)的光強(qiáng)衍射的中心亮斑－艾里斑(Airy)占全部能量的83.78%。第一、第二、第三級次極大光強(qiáng)分別為1.75%I0,0.416%I0,0.161%I0光比單縫衍射的強(qiáng)度大，從能量分布看，透鏡采用圓的外形比方形好衍射光角分布的彌散程度可用愛里斑的大小,即第一暗環(huán)的角半徑Δθ來衡量。第一暗環(huán)的角半徑Δθ＝0.61λ/a2、光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)任何使用透鏡的光學(xué)成像儀器，如望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡、眼睛等，都要涉及圓孔衍射，所以就有光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)的問題。思路：這時(shí)透鏡就是圓孔，點(diǎn)狀光源的“像”并非是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)中心為艾里斑的衍射圖樣。鏡頭對波前的限制而產(chǎn)生的衍射效應(yīng)，使物點(diǎn)發(fā)射的光波在像面上不可能形成一個(gè)像點(diǎn)，就是圓孔夫瑯禾費(fèi)衍射的艾里斑。瑞利判據(jù):瑞利給出恰可分辨兩個(gè)物點(diǎn)的判據(jù)：點(diǎn)物S1的艾里斑中心恰好與另一個(gè)點(diǎn)物S2的艾里斑邊緣（第一衍射極小）相重合時(shí)，恰可分辨兩物點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)像斑中心恰好落在另一像斑邊緣暗環(huán)時(shí)，確認(rèn)兩個(gè)像斑剛剛可以分辨。結(jié)論：透鏡的孔徑越大,光學(xué)儀器的的分辨率越高.人眼分辨本領(lǐng)與瞳孔直徑瞳孔的直徑De,它是可調(diào)的，正常范圍是2－8mm。正常人眼可分辨明視距離25cm處相間0.08mm的兩條刻線，或可分辨10m遠(yuǎn)處相間3.3mm的兩條刻線望遠(yuǎn)鏡分辨本領(lǐng)與物鏡口徑望遠(yuǎn)鏡的角放大率公式為、M=f0/fe.望遠(yuǎn)鏡的角分辨本領(lǐng)決定于物鏡口徑D0，望遠(yuǎn)鏡的角分辯本領(lǐng)為：提高望遠(yuǎn)鏡的分辨本領(lǐng)：增大物鏡的口徑;我國最大的望遠(yuǎn)鏡口徑是2.16m;世界上最大光學(xué)望遠(yuǎn)鏡口徑是8m;最大太空望遠(yuǎn)鏡：哈勃望遠(yuǎn)鏡（口徑2.4m）顯微鏡分辨本領(lǐng)和物鏡數(shù)值孔徑線分辨率δym=NA/0.61λ0成為顯微鏡的數(shù)值孔徑增大NA是提高顯微鏡分辨本領(lǐng)的途徑之一選擇波長較短的光源，是提高顯微鏡分辨本領(lǐng)的另一條途徑光學(xué)顯微鏡的有效放大率：數(shù)值孔徑最大1.5光源波長：越短越好材料光譜透射性能500nm人眼的角分辨率1‘人眼的舒適度2-4‘總之光學(xué)顯微鏡的有效放大率約為1500倍電子顯微鏡：初速度為0的電子在電位零到U內(nèi)加速，獲得的速度為u，現(xiàn)代電子顯微鏡的放大倍數(shù)可達(dá)80萬倍，最小分辨率可以低至0.2nm納米材料： 納米材料是指具有納米量級1-100nm的晶體態(tài)或非晶態(tài)超微粒構(gòu)成的固體物質(zhì)經(jīng)常光學(xué)顯微鏡： 一種測量原理迥然不同的新型光學(xué)顯微鏡光的干涉及其應(yīng)用干涉明暗條紋的位置 結(jié)論：條紋寬度?x=Dλ/d單色光條紋間距（寬度）相等。可以此求出波長 存在復(fù)色光時(shí)，x！=0時(shí)明條紋有色散，內(nèi)側(cè)紫，外側(cè)紅薄膜干涉： 介質(zhì)薄膜受到照明產(chǎn)生的光照現(xiàn)象 光程差：δ=2dn2/cosγ*(1-sin 干涉條件：明文： 暗紋：半波損失： 當(dāng)光線從光密媒質(zhì)反射入光疏媒質(zhì)時(shí)，相對于入射光而言，在媒質(zhì)分界面處反射光的相位好像光程損失了半個(gè)波長等傾干涉對一定厚度的薄膜，沿不同的傾角入射會得到不同的干涉結(jié)果，即條紋級次取決于入射角的干涉稱為等傾干涉。等厚干涉:當(dāng)入射角為零時(shí)(等厚干涉)。顯然，若n2>n1則計(jì)入半波損失后的光束光程差為等候干涉： 劈尖干涉：光程差：由于半波損失，棱邊上為0級暗紋 相鄰明條紋的厚度差： 薄膜厚度： 應(yīng)用：測量平面是否平整 牛頓環(huán)： 干涉發(fā)生在空氣膜上下表面的反射借助牛頓環(huán)及其變動指導(dǎo)研磨透鏡工藝。在光學(xué)冷加工車間,經(jīng)常利用牛頓環(huán)及其變動來快速檢測透鏡表面曲率是否合格. 邁克爾遜干涉儀：利用分振幅法產(chǎn)生雙光束實(shí)現(xiàn)干涉.點(diǎn)光源S。經(jīng)M2反射和M1通過鏡像映射M1’反射后在觀測屏上形成同心干涉環(huán)。增透膜：無論是增透膜或增反膜,其光學(xué)厚度均定為λ0/4，或再加厚λ0/2的整數(shù)倍.一般選定λ0可見光波段的居中波長550nm(黃綠光),這些增透膜反射光中呈現(xiàn)其互補(bǔ)色(藍(lán)紫色).全息照相：全息照相利用光的干涉記錄信息；利用光的衍射再現(xiàn)立體物象。光的偏振及其應(yīng)用光的橫波性：光是電磁波的有力證據(jù)：光是橫波過在傳播過程中，電場強(qiáng)度E，磁場強(qiáng)度H各自在其平面內(nèi)震動——電磁波的偏振性，E電矢量，H磁矢量光與物質(zhì)作用時(shí)，是電矢量起作用，故光波矢量=電場強(qiáng)度矢量橫波：傳播方向垂直于振動方向，狹縫檢測，對傳播方向的不對稱性自然光：垂直于光傳播方向的所有方向上的電場矢量振幅相同五種偏振態(tài)：自然光：任意方向上有相同的平均振幅和能量線偏振光：只含有一個(gè)方向上的光震動部分偏振光：某一方向上的光震動大于與之垂直方向上的光震動圓偏振光：電矢量在波面內(nèi)瞬時(shí)大小不變，方向以w勻速轉(zhuǎn)動橢圓偏振光：電矢量在波面內(nèi)瞬時(shí)大小不變，方向以w勻速轉(zhuǎn)動，振幅不相等，或相位不等于π/2偏振度： 1.2．獲取偏振光的方法：二向色性反射折射雙折射偏振片：能吸收某一方向上的偏振，僅讓其垂直方向（偏振化方向）上的偏振光通過二向色性： 對某些晶體來說，光矢量平行于其光軸的光線吸收較少，而對光矢量垂直于其光軸的光線吸收較多。 吸收與光的波長有關(guān)系，白光以不同振動方向通過后顏色會發(fā)生變化起偏器與檢偏器的應(yīng)用： 360度檢偏時(shí)，光強(qiáng)I的變化與否，是否存在消光現(xiàn)象。可作為判斷偏振態(tài)的判據(jù)。馬呂斯定律： 透過偏振片之后的光強(qiáng)： 推導(dǎo)時(shí)利用I與A的關(guān)系：反射折射過程中的偏振 布儒諾斯定律： 1反射光中垂直于入射 面的光占優(yōu)勢。 2折射光中平行于入射 面的光占優(yōu)勢 i0=布儒諾斯角，起偏角r0+i0=90°，tgi0=n2/n1 結(jié)論：自然光以i0入射，反射光為完全篇遮光，光震動垂直于入射面玻璃片堆效果：效果：可使折射光線具有很高的偏振度晶體雙折射與偏振器件： 晶體的二向色性：某些晶體對o光和e光有很大的吸收差異（其中o光符合折射定律）尼科耳棱鏡： 天然方解石——>直角棱鏡—（加拿大樹膠）—>斜長方形光棱鏡E光可以透射，o光反射后被吸收e為平行于入射面的光缺點(diǎn)：1.上下角極限為14°，希望平行入射 2.加拿大樹膠吸收紫外線，不適用此波段。 3樹膠易老化，尤其對激光源其它：格蘭-傅科棱鏡沃拉斯頓棱鏡洛匈棱鏡光的吸收色散和散射及其應(yīng)用光的吸收： 內(nèi)容：除了真空，任何媒質(zhì)對光波都不是絕對透明的，因而光的強(qiáng)度會隨著在媒質(zhì)中傳播距離的增加而減弱。 原因：光的能量一部分被媒質(zhì)吸收后轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，另一部分光波由于媒質(zhì)的不均勻性被散射到四面八方 光的線性吸收定律：布格爾定律或朗伯定律： 單色光經(jīng)過dx距離的媒質(zhì)光強(qiáng)有I減小到I-dI，則減少的光強(qiáng)-dI=aIdx其中a是與光強(qiáng)無關(guān)的比例系數(shù) a：吸收洗漱標(biāo)志了介質(zhì)對光吸收能力的大小，a越大，吸光能力越強(qiáng) 物體透明度：與a和物體厚度有關(guān) 朗伯定律：對普通強(qiáng)度的光源，朗伯定律相當(dāng)精確，但對激光不再成立 溶液吸收：a=AC，A是與濃度無關(guān)的常數(shù)，取決于吸收物質(zhì)的分子特性：I=I0*e的-ACL次方此式稱為比爾（Beer）定律（每個(gè)分子吸收本領(lǐng)不受周圍分子影響是才成立） 一般吸收與選擇吸收：1若物質(zhì)對各種波長的光吸收程度幾乎相等，則稱為一般吸收，例如：空氣，純水，無色玻璃 2若物質(zhì)對某些波長的光吸收特別強(qiáng)烈，而對其他波長的光吸收較少，則稱為選擇吸收。 體色與表面色：物體由于選擇性吸收呈現(xiàn)的顏色為體色，而由于表面的反射而呈現(xiàn)出的顏色稱為表面色，一般體色與表面色為互補(bǔ)色，即混合后為白色。藍(lán)光與黃光混合味白光則稱為互補(bǔ)色，顏料混合為綠色則與此不同。玻璃對可見光一般吸收，則透明，對紅紫外線吸收強(qiáng)烈，故不透明。（大氣窗口：大氣對300nm以上的紫外線是透明的，短于300的紫外線則被吸收，而對紅外線，只有某些狹窄的波段內(nèi)是透明的。） 吸收光譜：讓白光通過吸收物質(zhì)，透過光譜分析儀得到的即為吸收光譜，強(qiáng)烈吸收的部分會呈現(xiàn)出一條條暗線。每一種物質(zhì)的選擇吸收的波長是特定的，它反映了物質(zhì)本身的特性。。太陽光譜：線狀吸收光譜，夫瑯禾費(fèi)首次發(fā)現(xiàn)，低溫太陽大氣吸收內(nèi)部光線造成，由此人們發(fā)現(xiàn)了太陽中包含了60多種化學(xué)元素。 發(fā)射光譜：與吸收光譜嚴(yán)格對應(yīng)，其亮線與吸收光譜中的暗線一一對應(yīng) 光的色散： 定義：同一媒質(zhì)對不同波長的光波來說具有不同的折射率n=c/v，此現(xiàn)象成為色散，n=f（λ）色散函數(shù)，同時(shí)對波長求導(dǎo)就可以得到色散率 正常色散：色散曲線：介質(zhì)折射率n和波長的關(guān)系曲線，透明物質(zhì)的色散曲線很相似，波長越長，折射率越小，波長很長時(shí)，色散率趨于0；其經(jīng)驗(yàn)公式為n=A+B/λ2+C/λ4 反常色散：（吸收帶內(nèi)的色散，折射率歲波長的增加而增大） 如果折射率的測量范圍包括強(qiáng)烈吸收的波段，則在吸收帶附近的色散曲線的形狀與正常色散曲線大不相同結(jié)論：在透明波段的色散曲線符合科希公式，在吸收帶內(nèi)及其附近不符合科希公式全部的色散曲線：整個(gè)色散曲線由若干正常色散區(qū)和反常色散區(qū)（吸收帶）相間分布構(gòu)成。在相鄰兩個(gè)吸收帶之間，折射率n單調(diào)下降，通過一個(gè)吸收帶（反常色散區(qū)）時(shí)，n急劇增大，而且隨著波長λ的增長，曲線總的趨勢不斷提高。色散的觀察：棱鏡（正常），金屬蒸汽中（反常）光的散射：（與介質(zhì)的不均勻性有關(guān)） 定義：當(dāng)媒質(zhì)的均勻性遭到破壞時(shí)，有些光線就會離開原來傳播的方向，向各個(gè)方向傳播。這種現(xiàn)象稱為光的散射； 解釋：不均勻性導(dǎo)致波長數(shù)量級的鄰近每只小塊兒之間的折射率等光學(xué)性質(zhì)有較大差異，是的次波源的相干疊加的結(jié)果在其他方向上不完全抵消。其次衍射作用也是其一。當(dāng)媒質(zhì)小塊兒的數(shù)量級大于波長是則可看作反射和折射了 分類：懸浮質(zhì)點(diǎn)的散射：膠體，懸濁液，煙霧灰塵大氣，稱為廷德爾散射 分子散射：局部熱運(yùn)動造成密度分布不均勻造成的散射 散射規(guī)律： 瑞利散射：細(xì)微質(zhì)點(diǎn)的散射規(guī)律，散射光強(qiáng)與波長的4次方成反比的規(guī)律，瑞利散射定律。僅在散射微粒的線度小于光的波長 米氏散射：只有求的半徑a小于0.3λ/2π時(shí)米氏散射定律是正確的，當(dāng)a較大時(shí)，散射強(qiáng)度與波長的依賴關(guān)系就不明顯了。天藍(lán)：瑞利散射，藍(lán)光強(qiáng)于紅光；傍晚光紅，大氣太厚，藍(lán)光全部側(cè)向散射。云白：米氏散射，水滴線度大于可見光波長，各光線散射相同 光強(qiáng)減弱：納入散射過程后透過L厚的介質(zhì)，I=I0*e的-（α+β）L次方其中α是真正的吸收系數(shù)，β是散射系數(shù) 散射光的偏振狀態(tài) 拉曼散射： 瑞利散射和米氏散射光的頻率和入射光頻率總是相同的 若是分子狀態(tài)發(fā)生改變，入射光將與分子交換能量，可能導(dǎo)致散射光的頻率發(fā)生改變 拉曼在1928年在多種氣體液體蒸汽純凈的冰種發(fā)現(xiàn)了這種效應(yīng) 拉曼效應(yīng)，爛漫散射，拉曼光譜的特點(diǎn)：在每條原入射譜線ω0兩側(cè),均伴有頻率差為ωj的若干譜線，在長波一側(cè)的頻率為(ω0-ωj),稱為紅伴線或斯托克斯線，在短波一側(cè)的頻率為(ω0+ωj),稱稱為紫伴線或反斯托克斯線，紫伴線或反斯托克斯線明顯弱于紅伴線或斯托克斯線。頻差ωj與入射光頻率ω0無關(guān),與散射物質(zhì)紅外吸收頻率一致,這表明散射物質(zhì)的分子振動參與了拉曼散射過程,而與入射光發(fā)生了相互作用太陽能光伏技術(shù)晶體硅太陽能發(fā)電原理 晶體硅的發(fā)電過程：P型晶體硅經(jīng)過摻雜磷可得N型硅，形成P-N結(jié)，當(dāng)光線照射到硅晶體的表面時(shí)，一部分光子被硅材料吸收，光子的能量傳遞給硅原子，使電子發(fā)生躍遷，成為自由電子，在P-N結(jié)兩側(cè)聚集，產(chǎn)生電位差。當(dāng)外部接通電路時(shí)，在該電壓的作用下，將有電流流過外部電路產(chǎn)生一定的輸出功率。太陽能電池是一種將太陽轉(zhuǎn)變成電能的一種器件，能產(chǎn)生光伏效應(yīng)的材料很多：如單晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化鎵、硒銦銅等。其產(chǎn)生電的原理是相同的。 P下N上——P+N-太陽能電池的分類從基體材料分：晶體硅電池、非晶體硅電池、薄膜電池、硒光電池、化合物電池、有機(jī)半導(dǎo)體；晶體硅電池：單晶硅、多晶硅非晶硅電池：單結(jié)、雙結(jié)、三結(jié)化合物太陽能電池：硫化鎘、硒銦銅、磷化銦、銻化鎘、砷化鎵從用途分類：空間太陽能電池、地面太陽能電池、光伏傳感器；按工作方式分類：平板太陽能電池、聚光太陽能電池、分光太陽能電池太陽能電池組件分類：按太陽能電池片分：單晶硅、多晶硅、砷化鎵、非晶硅薄膜等按封裝形式分：環(huán)氧樹脂膠封、PET層壓封裝、鋼化玻璃層壓封裝、硅膠封裝等太陽能電池組件由太陽電池片通過串、并聯(lián)后嚴(yán)密封裝制成。未封裝的單體太陽能電池片不能直接作電池使用。原因：1.機(jī)械強(qiáng)度弱，不能承受較大的力的撞擊；2.大氣中的水和腐蝕氣體會銹蝕和氧化電極，使電極脫落；3.大氣會腐蝕電池，降低電池的轉(zhuǎn)換效率；4.單體電池的工作電壓只有0.4-0.5V，而且功率也小，不能滿足用電設(shè)備的電壓、功率要求。太陽能電池組件解決了單體電池的一些問題，組件具有以下的特點(diǎn)：1.工作電壓和輸出功率按不同的要求設(shè)計(jì)，可提供多種的接線方式，滿足不同的電壓輸出要求；2.工作壽命長，要求組件能正常工作20～30年，因此要求組件所使用的材料，零部件及結(jié)構(gòu)，在使用壽命上互相一致，避免因一處損壞而使整個(gè)組件失效；3.有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，能經(jīng)受在運(yùn)輸、安裝和使用過程中發(fā)生的沖突，振動及其它應(yīng)力；4.具有防腐、防潮、防水、防風(fēng)、防雹能力；層壓電池組件的基本要求：1.在規(guī)定的工作環(huán)境下，使用壽命大于20年（使用20年，轉(zhuǎn)換效率不得低于原來的80%）；2.組件的電池上表面顏色應(yīng)均勻一致，無機(jī)械損傷，焊點(diǎn)無氧化斑；3.電池片應(yīng)排列整齊，框架整潔無腐蝕斑點(diǎn)；4.封裝層中不允許氣泡或脫層在某一片電池與組件邊緣形成一個(gè)通路，氣泡或脫層的幾何尺寸和個(gè)數(shù)應(yīng)符合相應(yīng)的產(chǎn)品詳細(xì)規(guī)范規(guī)定；5.絕緣電阻大于200MΩ；6.EVA的交聯(lián)度大于65%，EVA與玻璃的剝離強(qiáng)度大于30N/cm，EVA與TPT的剝離強(qiáng)度大于15N/cm；原料分選——?jiǎng)澠獑纹瑱z測——單片焊接——貼片——總裝——半成品檢測——層壓——成品檢測——入庫——出廠抽檢——出廠太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)帶有蓄電池的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏供電系統(tǒng)，村落、家用、學(xué)校、醫(yī)院光伏通信電源系統(tǒng)光伏陰極保護(hù)，公交鐵路交通信號，地震氣象臺站電源光伏商品（太陽能草坪燈，路燈，手表，計(jì)算機(jī)）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)帶有蓄電池的并網(wǎng)光伏不帶……超大規(guī)模VLSI光伏應(yīng)用太陽電池列陣——充放電控制——直流負(fù)載（蓄電池）——逆變器——交流負(fù)載跟蹤和聚光式光伏電站 高倍聚光 低倍聚光 雙軸跟蹤 單軸跟蹤主要應(yīng)用：無電地區(qū)獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)城鎮(zhèn)中建筑結(jié)合并網(wǎng)系統(tǒng)荒漠或草原地區(qū)大型或超大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢：一、大型、超大型荒漠（高壓）并網(wǎng)光伏電站二、單軸、雙軸、聚光式跟蹤系統(tǒng)三、與建筑結(jié)合的小、中、大型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)四、光伏發(fā)電系統(tǒng)在分布式發(fā)電中的廣泛應(yīng)用太陽能電池的利弊優(yōu)點(diǎn)：(1)普遍：太陽光普照大地，無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，處處皆有，可直接開發(fā)和利用，且勿須開采和運(yùn)輸。(2)無害：開發(fā)利用太陽能不會污染環(huán)境，是最清潔的能源之一，在環(huán)境污染越來越嚴(yán)重的今天，這是極其寶貴的。(3)巨大：每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于130萬億噸標(biāo)煤，其總量屬現(xiàn)今世界上可以開發(fā)的最大能源。(4)長久：根據(jù)目前太陽產(chǎn)生的核能速率估算，氫的貯量足夠維持上百億年，而地球的壽命也約為幾十億年，從這個(gè)意義上講，可以說太陽的能量是用之不竭的。缺點(diǎn)：(1)分散性：到達(dá)地球表面的太陽輻射的總量盡管很大，但是能流密度很低。平均說來，北回歸線附近，夏季在天氣較為晴朗的情況下，正午時(shí)太陽輻射的輻照度最大，在垂直于太陽光方向1m2面積上接收到的太陽能平均有1kW左右；若按全年日夜平均，則只有200W左右。而在冬季大致只有一半，陰天一般只有1／5左右，這樣的能流密度是很低的。因此，在利用太陽能時(shí)，想要得到一定的轉(zhuǎn)換功率，往往需要面積相當(dāng)大的一套收集和轉(zhuǎn)換設(shè)備，造價(jià)較高。(2)不穩(wěn)定性：由于受到晝夜、季節(jié)、地理緯度和海拔高度等自然條件的限制以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響，所以，到達(dá)某一地面的太陽輻照度既是間斷的又是極不穩(wěn)定的，這給太陽能的大規(guī)模應(yīng)用增加了難度。為了使太陽能成為連續(xù)、穩(wěn)定的能源，從而最終成為能夠與常規(guī)能源相競爭的替代能源，就必須很好地解決蓄能問題，即把晴朗白天的太陽輻射能盡量貯存起來以供夜間或陰雨天使用，但目前蓄能也是太陽能利用中較為薄弱的環(huán)節(jié)之一。(3)效率低和成本高：目前太陽能利用的發(fā)展水平，有些方面在理論上是可行的，技術(shù)上也是成熟的。但有的太陽能利用裝置，因?yàn)樾势停杀据^高，總的來說，經(jīng)濟(jì)性還不能與常規(guī)能源相競爭。在今后相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，太陽能利用的進(jìn)一步發(fā)展，主要受到經(jīng)濟(jì)性的制約。太陽能利用中的經(jīng)濟(jì)問題：世界上越來越多的國家認(rèn)識到一個(gè)能夠持續(xù)發(fā)展的社會應(yīng)該是一個(gè)既能滿足社會需要，而又不危及后代人前途的社會。因此，盡可能多地用潔凈能源代替高含碳量的礦物能源，是能源建設(shè)應(yīng)該遵循的原則。隨著能源形式的變化，常規(guī)能源的貯量日益下降，其價(jià)格必然上漲，而控制環(huán)境污染也必須增大投資。第二，我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費(fèi)國，煤炭約占商品能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的76％，已成為我國大氣污染的主要來源。大力開發(fā)新能源和可再生能源的利用技術(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施。能源問題是世界性的，向新能源過渡的時(shí)期遲早要到來。從長遠(yuǎn)看，太陽能利用技術(shù)和裝置的大量應(yīng)用，也必然可以制約礦物能源價(jià)格的上漲。太陽能電池發(fā)展方向：1、薄膜太陽電池薄膜電池是在廉價(jià)襯底上采用低溫制備技術(shù)沉積半導(dǎo)體薄膜的光伏器件，材料與器件制備同時(shí)完成，工藝簡單，便于大面積連續(xù)化生產(chǎn)；制備能耗低，回收期短。大大節(jié)省昂貴的半導(dǎo)體材料，具有大幅度降低成本的潛力，生產(chǎn)成本可以隨著其生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大而降低，一旦技術(shù)上有重大突破，其成本可以降到1美元/WP以下，是當(dāng)前國際上研究開發(fā)的主要方向。目前已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和正在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的有多晶化合物半導(dǎo)體薄膜電池（碲化鎘、銅銦鎵硒）、非晶硅薄膜電池，多晶硅薄膜電池。英、美、德都在著手建設(shè)100MW規(guī)模的薄膜太陽能電池生產(chǎn)線。預(yù)計(jì)到2020年薄膜太陽能電池的市場份額將超過50%。光學(xué)在醫(yī)學(xué)和軍事領(lǐng)域的應(yīng)用醫(yī)學(xué)： 疾病的預(yù)防、診斷和治療1，視覺光學(xué)：近視、遠(yuǎn)視的治療2，內(nèi)窺鏡：3，熱成像儀：體溫和癌癥檢測4，透視：5，伽馬刀：激光治療儀：激光的其他應(yīng)用：激光的生物效應(yīng)：熱效應(yīng)，壓力效應(yīng)，光化效應(yīng)，電磁效應(yīng)激光刀用于切割火灼傷治療激光用于法醫(yī)，司法方面激光美容手術(shù)最新技術(shù)：皮膚科光動力療法光聲成像熒光生命期成像司法成像司法光譜分析軍事： 主要研究光的產(chǎn)生、傳輸、探測、處理和與物質(zhì)相互作用等過程及其在軍事上的應(yīng)用 歷史過程中的分類： 1.光學(xué)機(jī)械設(shè)備：望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、瞄準(zhǔn)鏡、炮隊(duì)鏡；后來又發(fā)明了光學(xué)測距儀，在炮兵中使用 2.光學(xué)裝備的光電子儀器：紅外夜視儀、紅外制導(dǎo)空-空導(dǎo)彈、微光夜視儀、激光測距機(jī)。70年代以來，紅外技術(shù)、激光技術(shù)與電子技術(shù)結(jié)合，發(fā)展了紅外熱像儀、激光制導(dǎo)武器、激光通信、光學(xué)遙感設(shè)備等，顯著提高作戰(zhàn)能力。 按原理和技術(shù)分類及其簡介：1.光學(xué)儀器：主要指在可見光波段范圍內(nèi)，不經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換的普通光學(xué)儀器。它們在軍事上用的最早、技術(shù)最成熟，有擴(kuò)大和延伸人的視覺、發(fā)現(xiàn)人眼睛不能發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)、測定位置和對目標(biāo)進(jìn)行瞄準(zhǔn)的功能。具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、成本低的特點(diǎn)，因而仍然是武器裝備的重要組成部分。通常可以分為觀測儀器和攝影測量儀器兩類。2.微光夜視技術(shù)：在可見光和近紅外波段內(nèi)，將微弱光場分布轉(zhuǎn)變?yōu)槿搜劭梢姷膱D像，擴(kuò)展人眼在低照度下的視覺能力。主要分為直接觀察和間接觀察兩種。3.紅外技術(shù):由于溫度高于絕對零度的所有物體都有紅外輻射，為探測和識別目標(biāo)提供了基礎(chǔ)。主要有主動式和被動式兩類。主動式用紅外光源照射目標(biāo)，接受目標(biāo)反射的紅外輻射；被動式直接接受目標(biāo)的自身活反射其它光源（如日光）的紅外輻射，隱蔽性好。4.激光技術(shù):1)激光測距2)激光制導(dǎo)3)激光通信4)強(qiáng)激光：高功率激光使人致盲、摧毀武器5)激光模擬訓(xùn)練：模擬器材和作戰(zhàn)演習(xí)，不消耗彈藥。5.光電綜合應(yīng)用技術(shù)在微光、紅外、激光等與光電子技術(shù)的綜合應(yīng)用。光學(xué)遙感：在機(jī)載、星載偵察設(shè)備中，除可見光照明，用紅外掃描、多光譜照相等，并將信息實(shí)時(shí)傳到地面；光電制導(dǎo)和光電火控：提到導(dǎo)彈的能力而發(fā)展的紅外/激光、紅外/電視、紅外/雷達(dá)、激光/雷達(dá)、紅外/紫外等多種復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)光電跟蹤測量：可見光、激光、微光、紅外綜合應(yīng)用，實(shí)時(shí)跟蹤和準(zhǔn)確測量目標(biāo)的位置。光電經(jīng)緯儀，提高了武器的自動化程度和跟蹤測量精度。6.光電對抗技術(shù)國際上常把電子對抗分為雷達(dá)對抗、通信對抗和光電對抗。故光電對抗就是電子對抗在光頻電磁波譜范圍的實(shí)施。課外參觀等學(xué)到的光學(xué)知識1.兩種平面3D技術(shù)：人眼分辨遠(yuǎn)近的方式： 人的眼睛之所以能分辨遠(yuǎn)近，是靠兩只眼睛的差距。人的兩眼分開約5公分，兩只眼睛除了瞄準(zhǔn)正前方以外，看任何一樣?xùn)|西，兩眼的角度都不會相同。雖然差距很小，但經(jīng)視網(wǎng)膜傳到大腦里，大腦就用這微小的差距，產(chǎn)生遠(yuǎn)近的深度，從而產(chǎn)生立體感。如果只用一只眼睛，那么雖然能看到物體，但對物體遠(yuǎn)近的距離卻不易分辨。根據(jù)這一原理，如果在拍攝過程中用兩臺攝影機(jī)以一定間距同時(shí)拍攝一個(gè)物體，模擬出兩只眼睛視角的差距，然后在播放時(shí)用某種方法，讓兩只眼睛只能分別看到各自對應(yīng)的影像，那么透過視網(wǎng)膜就可以使大腦產(chǎn)生景深的立體感了。偏振原理3D電影： 3D電影正是應(yīng)用了這一原理，目前大部分的3D電影實(shí)際上是用兩臺投影機(jī)在銀幕上同時(shí)投射出人的左眼和右眼所應(yīng)該看到的圖像，如果不戴特制的偏光眼鏡，就會發(fā)現(xiàn)其實(shí)投在銀幕上的是兩張重疊起來的圖像。而由于光波是橫波，具有偏振效應(yīng)，所以只要在兩臺投影機(jī)上加入方向相互垂直的偏振鏡片，令對應(yīng)于左右眼的圖像的光具有不同方向上的偏振，然后人們帶上偏振眼鏡，由于這種偏振眼鏡的左眼的偏振片能夠只能令對應(yīng)于左眼的圖像通過同時(shí)過濾掉對應(yīng)于右眼的圖像，右眼的偏振片則正好相反，因此人們的左眼和右眼就只能看到對應(yīng)于各自的不同的圖像。這樣兩張圖像的微小差別透過視網(wǎng)膜就可以使大腦產(chǎn)生景深的立體感了。 目前大部分的3D電影都采用了雙機(jī)模式，雙機(jī)模式就是放映時(shí)通過兩個(gè)放映機(jī)來播放兩個(gè)攝影機(jī)拍下的影像，這樣在屏幕上就會同步出現(xiàn)兩組有差別的圖像，繼而利用偏振原理來形成3D效果。而對于那些非投影式的