光学基础知识

本文介绍光学基础知识。

1.可见光光谱

可见光光谱范围：400-700nm

组成可见光的各种颜色光光谱如下表：

2.反射

光射向物体表面时，有一部分光会被物体表面反射回来，这种现象叫做光的反射。

入射角=反射角

3.折射

光从一种均匀介质斜射入另一种均匀介质时，传播方向会发生改变（偏折），这种现象叫做光的折射。

n=sin(i)/sin(r)=ci/cr

i为入射角

r为折射角

ci为光速在介质1的速度

cr为光速在介质2的速度

光在不同介质中的传播速度是不同的。

注意：光垂直方向射入介质时，传播方向并不发生改变，这里是斜射。

4.光程

光在介质中实际经过的波程r与介质的折射率n的乘积叫做光程，它是光在介质中经过的路程转化为相当于在真空中的路程。

5.衍射

光在传播过程中，遇到障碍物或小孔时，光将偏离直线传播的路径而绕到障碍物后面传播的现象，叫光的衍射。

6.散射

光的散射是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象。晴朗的天空呈现蓝色其实就是光的散射的一种表现。

7.透射

当光入射到透明或半透明材料表面时，一部分被反射，一部分被吸收，还有一部分可以透射过去。透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。被透射的物体为透明体或半透明体，如玻璃，滤色片等。

这些波在均匀介质中进入另一种均匀介质的时候，成为折射。当这些波仍返回原来的均匀介质中，成为反射。如果介质是非均匀的，这些粒子就会向各个方向辐射，成为散射。

8.干涉

两列或几列光波在空间相遇时相互叠加，在某些区域始终加强，在另一些区域则始终削弱，形成稳定的强弱分布的现象。

9.偏振光

光是一种电磁波，电磁波是横波。横波有一个特性，就是它的振动是有极性的。在与传播方向垂直的平面（振动面）上，它可以向任一方向振动。一般把光波电场振动方向作为光振动方向。如果一束光线都在同一方向上振动，就称它们是偏振光，或严格一点，称为完全偏振光。一般的自然光在各个方向振动是均匀分布的，是非偏振光。

10.色散

光的色散指的是复色光分解为单色光的现象，如白光通过三棱镜后被分解成各种颜色的光就是光的色散。色散是由于透镜对不同波长的光的折射率不一样，如对于波长较短（如蓝光）折射率较大，而对于波长较长（如红光）折射率较小。

11.常见光学器件

1)滤光片

允许指定波长的光通过。如红光滤光片只允许红色光谱范围的光通过，其他波长的光被阻止。

2)BS

分光棱镜。对于非偏振光，反射率和透射率都为50%；对于偏振光，其一般会使得振动方向与入射面夹角不同的一个分量被偏转，而使振动方向与入射面平行的分量被反射或透射出去。

3)PBS

偏振分光棱镜。这种分光镜可用于分离光束的S偏振和P偏振成分。

4)NPBS

消偏振分光棱镜。这种分光镜可将一条光束分离为两条，每个输出光束都是入射光束的一部分，并且与偏振无关。

5)透镜

光学透镜包含一个透明介质，其中光从一侧进入，从另一侧出来。透镜的作用就是改变光的波前曲率，即将光聚焦或者散焦。

12.色差

透镜材料的色散(chromatic dispersion)会引起色差。直接的结果为焦距与波长有关，因此光不能很好的被聚焦：因为不同波长成分的焦点在不同位置。消色差透镜可以使色差极大的减小。

13.球差

球差是由于透镜中心区域和边缘区域对光的会聚能力不同而造成的。远轴光通过透镜时被折射得比近轴光要厉害得多，导致近轴和远轴光的折射光线不能汇聚在一点。