光學(xué)總結(jié)(物理光學(xué))
1.物理光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
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)中是沿直線傳播的 大氣層是不均勻的，當(dāng)光從大氣層外射到地面時(shí)，光線發(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、光直線傳播的應(yīng)用 可解釋許多光學(xué)現(xiàn)象：激光準(zhǔn)直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像等 5、光線 光線：表示光傳播方向的直線，即沿光的傳播路線畫(huà)一直線，并在直線上畫(huà)上箭頭表示光的傳播方向（光線是假想的，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(xiàn)象稱為光的反射 7、光的反射定律 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在法線的兩側(cè)；反射角等于入射角 可歸納為：“三線一面，兩線分居，兩角相等” 理解： （1） 由入射光線決定反射光線，敘述時(shí)要“反”字當(dāng)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(jié)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(dāng)入射角為零時(shí)，反射角也變?yōu)榱愣?8、兩種反射現(xiàn)象 （1） 鏡面反射：平行光線經(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 （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 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(duì)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(duì)稱圖形 12、實(shí)像與虛像的區(qū)別 實(shí)像是實(shí)際光線會(huì)聚而成的，可以用屏接到，當(dāng)然也能用眼看到。
虛像不是由實(shí)際光線會(huì)聚成的，而是實(shí)際光線反向延長(zhǎng)線相交而成的，只能用眼看到，不能用屏接收。 13、平面鏡的應(yīng)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(xiàn)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(guī)律 光從空氣斜射入水或其他介抽中時(shí)，折射光線與入射光線、法線在同一平面上，折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)；折射角小于入射角；入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大；當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時(shí)，傳播方向不變，在折射中光路可逆。 理解：折射規(guī)律分三點(diǎn)：（1）三線一面 （2）兩線分居（3）兩角關(guān)系分三種情況：①入射光線垂直界面入射時(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 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(yuǎn)比其球面半徑小的多。
分類：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 光心：主光軸上有個(gè)特殊的點(diǎn)，通過(guò)它的光線傳播方向不變。（透鏡中心可認(rèn)為是光心） 焦點(diǎn)：凸透鏡能使跟主軸平行的光線會(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經(jīng)凹透鏡后變得發(fā)散，發(fā)散光線的反向延長(zhǎng)線相交在主光軸上一點(diǎn)，這一點(diǎn)不是實(shí)際光線的會(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(duì)光的作用 凸透鏡：對(duì)光起會(huì)聚作用（如圖） 凹透鏡：對(duì)光起發(fā)散作用（如圖） 7、凸透鏡成像規(guī)律 物 距 （u） 成像 大小 像的 虛實(shí) 像物位置 像 距 （ v ） 應(yīng) 用 u > 2f 縮小 實(shí)像 透鏡兩側(cè) f < v <2f 照相機(jī) u = 2f 等大 實(shí)像 透鏡兩側(cè) v = 2f f < u 2f 幻燈機(jī) u = f 不 成 像 u u 放大鏡 凸透鏡成像規(guī)律口決記憶法 口決一： “一焦分虛實(shí)，二焦分大??；虛像同側(cè)正；實(shí)像異側(cè)倒，物運(yùn)像變小” 口決二： 三物距、三界限，成像隨著物距變； 物遠(yuǎn)實(shí)像小而近，物近實(shí)像大而遠(yuǎn)。 如果物放焦點(diǎn)內(nèi)，正立放大虛像現(xiàn)； 幻燈放像像好大，物處一焦二焦間； 相機(jī)縮你小不點(diǎn)，物處二倍焦距遠(yuǎn)。
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(nèi)倒實(shí)大； 若是物放焦點(diǎn)內(nèi)，像物同側(cè)虛像大； 一條規(guī)律記在心，物近像遠(yuǎn)像變大。 8、為了使幕上的像“正立”（朝上），幻燈片要倒著插。
9、照相機(jī)的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，暗箱中的膠片相當(dāng)于光屏，我們調(diào)節(jié)調(diào)焦環(huán)，并非調(diào)焦距，而是調(diào)鏡頭到膠片的距離，物離鏡頭越遠(yuǎn)，膠片就應(yīng)靠近鏡頭。
2.光的知識(shí)點(diǎn)總結(jié)
（一）光的傳播 1.光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播. 2.真空中光速：c=3.00*108米/秒. 3.表現(xiàn)： （1）小孔成像： （2）影的產(chǎn)生（本影、偽本影、半影），如圖6-1所示.（3）同種介質(zhì)中，兩眼可確定光源位置. 光的傳播規(guī)律是物體成像作圖的基礎(chǔ)，也是整個(gè)幾何光學(xué)的理論基礎(chǔ). （二）光的反射現(xiàn)象 1.反射定律：反射光線跟入射光線和法線在同一平面上，反射光線和入射光線分別位于法線兩則，反射角等于入射角. 2.反射現(xiàn)象中光路可逆. 3.應(yīng)用： （1）平面鏡成像. 1）成像光路圖，如圖6-2所示；2）成像特點(diǎn)：像和物與鏡面對(duì)稱，成等大、正立、虛像. （為作圖準(zhǔn)確，可先根據(jù)對(duì)稱性確定像的位置，再畫(huà)反射光線） 注意 （i）平面鏡不改變光束性質(zhì). （ii）入射光線不變，當(dāng)鏡面轉(zhuǎn)過(guò)α角，則反射光線轉(zhuǎn)過(guò)2α角. （2）球面鏡對(duì)光線的作用及成像. 1）凸面鏡成縮小、正立虛像； 2）凹面鏡成像規(guī)律（不做要求）. 特點(diǎn) 凸面鏡使光束發(fā)散，四面鏡使光束會(huì)聚. （三）光的折射 1.折射定律 折射光線跟入射光線和法線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)，入射角的正弦跟折射角的正弦值成正比，即 i是入射角，r是折射角. 2.折射率 i為真空（或空氣）中光線的入射角，r為介質(zhì)中光線的折射角，n為該介質(zhì)的折射率. （1）其物理意義為反射光線在兩介質(zhì)界面上發(fā)生偏折程度的物理量（n越大、折射線偏離原來(lái)方向越厲害）. （2）兩種介質(zhì)比較：n大，光密介質(zhì)；n小，光疏介質(zhì). （3）折射率（n）和光的頻率（f）有關(guān)（在介質(zhì)中f大則n大）. 注意，光線在界面上同時(shí)發(fā)生反射、折射時(shí)，反射光線能量隨入射角增大而增大，折射光線能量隨入射角增大而減小. 3.全反射 （1）條件： 1）光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；（2）發(fā)生全反射時(shí)，光線遵守反射定律. 4.應(yīng)用 （1）平行玻璃板. 光線在兩個(gè)界面上發(fā)生兩次折射，出射光線發(fā)生了側(cè)移，光束性質(zhì)不變. （2）棱鏡. 作用： 1）色散，即一束白光通過(guò)三棱鏡后，形成彩色光帶的現(xiàn)象（色散后，紅光偏折小、紫光偏折大）. 2）偏折：光線通過(guò)三棱鏡后發(fā)生偏折.（3）全反射棱鏡：用臨界角小于45°的介質(zhì)制成直角三棱鏡，可使光線發(fā)生全反射，可以控制光路. （四）透鏡成像 透鏡是利用光的折射現(xiàn)象控制光路和成像的光學(xué)器件，透鏡有凸透鏡、凹透鏡兩種.凸透鏡對(duì)光線起會(huì)聚作用，凹透鏡使光線發(fā)散，且透鏡光路可逆. 1.透鏡成像作圖 三條典型光線是透鏡成像作圖的基礎(chǔ)： （1）凸透鏡成像光路圖（圖6-5）;(2)凹透鏡成像光路圖（圖6-6）. 注意 1）入射、反射、折射光線用帶箭頭實(shí)線表示，反向延長(zhǎng)線用虛線. 2）實(shí)像用實(shí)線，虛像用虛線，箭頭表示像的倒正. （3）成像規(guī)律和特點(diǎn)如下：（4）成像作圖類型. 1）已知物、透鏡，確定像； 2）已知像、透鏡，確定物； 3）已知物、像，確定透鏡. （5）透鏡的遮擋與拆合. 1）遮擋：凸透鏡部分被遮擋，仍然成完整像，但像變暗； 2）拆開(kāi)：凸透鏡切成兩部分，相當(dāng)于兩個(gè)透鏡分別成像. 2.透鏡成像公式. （1）公式（2）符號(hào)：注意，當(dāng)凸透鏡成實(shí)像時(shí)：2)v≥2f，物距和像距之和隨v增大而增大，即物越靠近焦點(diǎn)，物和像的距離越大. （3）放大率：l為物長(zhǎng)，l'為像長(zhǎng).。
3.光學(xué)的有關(guān)知識(shí)有哪些
在了解光學(xué)分辨率之前應(yīng)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(dāng)于插值分辨率，并不代表掃描儀的真實(shí)分辨率，所以我們?cè)谶x購(gòu)掃描儀時(shí)應(yīng)以光學(xué)分辨率為準(zhǔn)。
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(shù)字相乘，如600*1200dpi，其中前一個(gè)數(shù)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A4幅面掃描儀，由于A4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，換句話說(shuō)，該掃描儀的光學(xué)分辨率是600dpi。
后面一數(shù)字則代表掃描儀的縱向分辨率或是機(jī)械分辨率，是掃描儀所用步進(jìn)電機(jī)的分辨率，掃描儀的步進(jìn)電機(jī)的精度與掃描儀的橫向分辨率相同，但由于各種機(jī)械因素的影響，掃描儀的實(shí)際精度（步進(jìn)電機(jī)的精度）將遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)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(yīng)以最小的一個(gè)為準(zhǔn)。
4.物理光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)
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)中是沿直線傳播的 大氣層是不均勻的，當(dāng)光從大氣層外射到地面時(shí)，光線發(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、光直線傳播的應(yīng)用 可解釋許多光學(xué)現(xiàn)象：激光準(zhǔn)直，影子的形成，月食、日食的形成、小孔成像等 5、光線 光線：表示光傳播方向的直線，即沿光的傳播路線畫(huà)一直線，并在直線上畫(huà)上箭頭表示光的傳播方向（光線是假想的，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(xiàn)象稱為光的反射 7、光的反射定律 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在法線的兩側(cè)；反射角等于入射角 可歸納為：“三線一面，兩線分居，兩角相等” 理解： （1） 由入射光線決定反射光線，敘述時(shí)要“反”字當(dāng)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(jié)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(dāng)入射角為零時(shí)，反射角也變?yōu)榱愣?8、兩種反射現(xiàn)象 （1） 鏡面反射：平行光線經(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 （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 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(duì)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(duì)稱圖形 12、實(shí)像與虛像的區(qū)別 實(shí)像是實(shí)際光線會(huì)聚而成的，可以用屏接到，當(dāng)然也能用眼看到。
虛像不是由實(shí)際光線會(huì)聚成的，而是實(shí)際光線反向延長(zhǎng)線相交而成的，只能用眼看到，不能用屏接收。 13、平面鏡的應(yīng)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(xiàn)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(guī)律 光從空氣斜射入水或其他介抽中時(shí)，折射光線與入射光線、法線在同一平面上，折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)；折射角小于入射角；入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大；當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時(shí)，傳播方向不變，在折射中光路可逆。 理解：折射規(guī)律分三點(diǎn)：（1）三線一面 （2）兩線分居（3）兩角關(guān)系分三種情況：①入射光線垂直界面入射時(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 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(yuǎn)比其球面半徑小的多。
分類：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 光心：主光軸上有個(gè)特殊的點(diǎn)，通過(guò)它的光線傳播方向不變。（透鏡中心可認(rèn)為是光心） 焦點(diǎn)：凸透鏡能使跟主軸平行的光線會(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經(jīng)凹透鏡后變得發(fā)散，發(fā)散光線的反向延長(zhǎng)線相交在主光軸上一點(diǎn)，這一點(diǎn)不是實(shí)際光線的會(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(duì)光的作用 凸透鏡：對(duì)光起會(huì)聚作用（如圖） 凹透鏡：對(duì)光起發(fā)散作用（如圖） 7、凸透鏡成像規(guī)律 物 距 （u） 成像 大小 像的 虛實(shí) 像物位置 像 距 （ v ） 應(yīng) 用 u > 2f 縮小 實(shí)像 透鏡兩側(cè) f < v <2f 照相機(jī) u = 2f 等大 實(shí)像 透鏡兩側(cè) v = 2f f < u 2f 幻燈機(jī) u = f 不 成 像 u u 放大鏡 凸透鏡成像規(guī)律口決記憶法 口決一： “一焦分虛實(shí)，二焦分大??；虛像同側(cè)正；實(shí)像異側(cè)倒，物運(yùn)像變小” 口決二： 三物距、三界限，成像隨著物距變； 物遠(yuǎn)實(shí)像小而近，物近實(shí)像大而遠(yuǎn)。 如果物放焦點(diǎn)內(nèi)，正立放大虛像現(xiàn)； 幻燈放像像好大，物處一焦二焦間； 相機(jī)縮你小不點(diǎn)，物處二倍焦距遠(yuǎn)。
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(nèi)倒實(shí)大； 若是物放焦點(diǎn)內(nèi)，像物同側(cè)虛像大； 一條規(guī)律記在心，物近像遠(yuǎn)像變大。 8、為了使幕上的像“正立”（朝上），幻燈片要倒著插。
9、照相機(jī)的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，暗箱中的膠片相當(dāng)于光屏，我們調(diào)節(jié)調(diào)焦環(huán)，并非調(diào)焦距，而是調(diào)鏡頭到膠片的距離，物離鏡頭越遠(yuǎn)，膠片就應(yīng)靠近鏡頭。
5.光學(xué)包括哪些知識(shí)
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(yīng)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(dāng)于插值分辨率，并不代表掃描儀的真實(shí)分辨率，所以我們?cè)谶x購(gòu)掃描儀時(shí)應(yīng)以光學(xué)分辨率為準(zhǔn)。
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(shù)字相乘，如600*1200dpi，其中前一個(gè)數(shù)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A4幅面掃描儀，由于A4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，換句話說(shuō)，該掃描儀的光學(xué)分辨率是600dpi。
后面一數(shù)字則代表掃描儀的縱向分辨率或是機(jī)械分辨率，是掃描儀所用步進(jìn)電機(jī)的分辨率，掃描儀的步進(jìn)電機(jī)的精度與掃描儀的橫向分辨率相同，但由于各種機(jī)械因素的影響，掃描儀的實(shí)際精度（步進(jìn)電機(jī)的精度）將遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)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(yīng)以最小的一個(gè)為準(zhǔn)。
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)，并伴隨著發(fā)出光輻射.原子沒(méi)有受到外來(lái)感應(yīng)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)程稱為自發(fā)輻射躍遷，產(chǎn)生的光輻射稱為自發(fā)輻射；能量相應(yīng)于兩個(gè)能級(jí)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)程稱為受激吸收躍遷.1916年，著名科學(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(xiàn)，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(yīng)存在第三種過(guò)程——受激輻射躍遷，即在能量相應(yīng)于兩個(gè)能級(jí)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(dǎo)產(chǎn)生這種躍遷的光子相同.這意味著，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(tǒng)中存在的輻射場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)有關(guān)系，而受激輻射躍遷的速率則與輻射場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān).假定原子從能級(jí)E2往能級(jí)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(shù)目（也稱光子簡(jiǎn)并度）.這表示，對(duì)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(dāng)ne≥1時(shí)，受激輻射躍遷占優(yōu)勢(shì).普通光源的輻射頻率分布和輻射強(qiáng)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(shù)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(shù)，所以 exp(bv/kT)大于 1，即 ne 2.2 負(fù)溫度 負(fù)溫度是對(duì)光源中處于高能態(tài)的原子數(shù)目比處于低能態(tài)的原子數(shù)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(shù)目為N2，在低能態(tài)E1的原子數(shù)目為N1，那么，根據(jù)描述在熱力學(xué)平衡狀態(tài)下原子按能級(jí)分布的玻爾茲曼分布定律，這光源的溫度T是 因?yàn)镋2-E1>0，所以，如果N2>N1，那么，由式（3.4）看到，光源的溫度T是“負(fù)值”.事實(shí)上，溫度是不能為負(fù)值的，這里說(shuō)的“負(fù)溫度”只是表示原子按能級(jí)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(guó)珀塞爾（E.M.Purcell）試圖使用所謂“突然倒轉(zhuǎn)場(chǎng)”的方法精確測(cè)定核磁矩，即設(shè)想研究場(chǎng)極性改變比核自旋的響應(yīng)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(zhuǎn)分布，并觀察到輻射頻率50 kHz的受激發(fā)射，第一次提出了所謂“負(fù)溫度”概念，提出粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布只能與玻爾茲曼分布定律中的負(fù)溫度相對(duì)應(yīng). 可以利用許多方法讓物質(zhì)中的原子（分子）實(shí)現(xiàn)負(fù)溫度狀態(tài).從原則上說(shuō)，只要對(duì)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(fù)溫度狀態(tài).現(xiàn)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(nèi)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(fù)溫度狀態(tài)比在微波波段困難得多，因?yàn)樽杂稍拥淖园l(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(nèi)傳播過(guò)程中其強(qiáng)度增長(zhǎng)的因子.假定激光工作物質(zhì)中處在高能態(tài)E2的原子數(shù)密度為N2（原子/cm3），處在低能態(tài)E1的原子數(shù)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(nèi)，單位體積工作物質(zhì)內(nèi)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(shù)量W為 上式中的g1、g2分別為能態(tài)E1、E2的能級(jí)簡(jiǎn)并度，λ是光輻射波長(zhǎng)，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（也稱譜線形狀函數(shù)），Iv是頻率v的光輻射強(qiáng)度.公式（3.5）中沒(méi)有。
6.光學(xué)的基本內(nèi)容是什么
光學(xué)是研究光（電磁波）的行為和性質(zhì)，以及光和物質(zhì)相互作用的物理學(xué)科。傳統(tǒng)的光學(xué)只研究可見(jiàn)光，現(xiàn)代光學(xué)已擴(kuò)展到對(duì)全波段電磁波的研究。
光是一種電磁波，在物理學(xué)中，電磁波由電動(dòng)力學(xué)中的麥克斯韋方程組描述；同時(shí)，光具有波粒二象性，需要用量子力學(xué)表達(dá)。
光學(xué)的起源在西方很早就有光學(xué)知識(shí)的記載，歐幾里得（Euclid，公元前約330~260）的<；反射光學(xué)>(Catoptrica)研究了光的反射；阿拉伯學(xué)者阿勒·哈增（AI-Hazen,965~1038）寫(xiě)過(guò)一部<；光學(xué)全書(shū)>；，討論了許多光學(xué)的現(xiàn)象。
光學(xué)真正形成一門(mén)科學(xué)，應(yīng)該從建立反射定律和折射定律的時(shí)代算起，這兩個(gè)定律奠定了幾何光學(xué)的基礎(chǔ)。17世紀(jì)，望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的應(yīng)用大大促進(jìn)了幾何光學(xué)的發(fā)展。
光的本性也是光學(xué)研究的重要課題。微粒說(shuō)把光看成是由微粒組成，認(rèn)為這些微粒按力學(xué)規(guī)律沿直線飛行，因此光具有直線傳播的性質(zhì)。19世紀(jì)以前，微粒說(shuō)比較盛行。但是，隨著光學(xué)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)了許多不能用直進(jìn)性解釋的現(xiàn)象，例如乾涉、繞射等，用光的波動(dòng)性就很容易解釋。於是光學(xué)的波動(dòng)說(shuō)又占了上風(fēng)。兩種學(xué)說(shuō)的爭(zhēng)論構(gòu)成了光學(xué)發(fā)展史上的一根紅線
7.物理光學(xué)的知識(shí)
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(xiàn)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(guī)律
光從空氣斜射入水或其他介抽中時(shí)，折射光線與入射光線、法線在同一平面上，折射光線和入射光線分居法線兩側(cè)；折射角小于入射角；入射角增大時(shí)，折射角也隨著增大；當(dāng)光線垂直射向介質(zhì)表面時(shí)，傳播方向不變，在折射中光路可逆。
理解：折射規(guī)律分三點(diǎn)：（1）三線一面 （2）兩線分居（3）兩角關(guān)系分三種情況：①入射光線垂直界面入射時(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
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(yuǎn)比其球面半徑小的多。
分類：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
光心：主光軸上有個(gè)特殊的點(diǎn)，通過(guò)它的光線傳播方向不變。（透鏡中心可認(rèn)為是光心）
焦點(diǎn)：凸透鏡能使跟主軸平行的光線會(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經(jīng)凹透鏡后變得發(fā)散，發(fā)散光線的反向延長(zhǎng)線相交在主光軸上一點(diǎn)，這一點(diǎn)不是實(shí)際光線的會(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(duì)光的作用
凸透鏡：對(duì)光起會(huì)聚作用（如圖）
凹透鏡：對(duì)光起發(fā)散作用（如圖）
7、凸透鏡成像規(guī)律
物 距
(u) 成像
大小 像的
虛實(shí) 像物位置 像 距
( v ) 應(yīng) 用
u > 2f 縮小 實(shí)像 透鏡兩側(cè) f < v <2f 照相機(jī)
u = 2f 等大 實(shí)像 透鏡兩側(cè) v = 2f
f < u <2f 放大 實(shí)像 透鏡兩側(cè) v > 2f 幻燈機(jī)
u = f 不 成 像
u < f 放大 虛像 透鏡同側(cè) v > u 放大鏡
凸透鏡成像規(guī)律口決記憶法
口決一：
“一焦分虛實(shí)，二焦分大小；虛像同側(cè)正；實(shí)像異側(cè)倒，物運(yùn)像變小”
口決二：
三物距、三界限，成像隨著物距變；
物遠(yuǎn)實(shí)像小而近，物近實(shí)像大而遠(yuǎn)。
如果物放焦點(diǎn)內(nèi)，正立放大虛像現(xiàn)；
幻燈放像像好大，物處一焦二焦間；
相機(jī)縮你小不點(diǎn)，物處二倍焦距遠(yuǎn)。
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(nèi)倒實(shí)大；
若是物放焦點(diǎn)內(nèi)，像物同側(cè)虛像大；
一條規(guī)律記在心，物近像遠(yuǎn)像變大。
8、為了使幕上的像“正立”（朝上），幻燈片要倒著插。
9、照相機(jī)的鏡頭相當(dāng)于一個(gè)凸透鏡，暗箱中的膠片相當(dāng)于光屏，我們調(diào)節(jié)調(diào)焦環(huán)，并非調(diào)焦距，而是調(diào)鏡頭到膠片的距離，物離鏡頭越遠(yuǎn)，膠片就應(yīng)靠近鏡頭。
8.光學(xué)包括哪些知識(shí)
光學(xué)是研究光（電磁波）的行2113為和性質(zhì)，以及光和物質(zhì)相互作用的物理學(xué)科。傳統(tǒng)的光學(xué)只研究5261可見(jiàn)光，現(xiàn)代光學(xué)已擴(kuò)展到對(duì)全波段電磁波的研究。光4102是一種電磁波，在物理學(xué)中，電磁波由電動(dòng)力學(xué)中的麥克斯韋方程組描述；同1653時(shí)，光具有波粒二象性，需要用量子力學(xué)表達(dá)。
了解激光器的知識(shí)可以專看看經(jīng)典教材：《激光原理》 - 周炳琨；
如果你是入門(mén)者，可以先從幾何光學(xué)入手：看看北理工安毓英編寫(xiě)的《屬應(yīng)用光學(xué)》
9.初中物理光學(xué)知識(shí)歸類
1.光源 能夠自行發(fā)光的物體叫光源.例如太陽(yáng)，點(diǎn)燃的燭焰，通電發(fā)光的電燈等；都能自行發(fā)光，都是光源 2.光的傳播 光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播. 3.光速 光在真空中的傳播速度是3*108米/秒，光在真空中的傳播速度比光在其他透明介質(zhì)中的傳播速度都要快. 4.光的反射 （1）光線射到物體表面時(shí)，傳播方向發(fā)生了改變，改變方 向后的光線返回原介質(zhì)繼續(xù)傳播，這就是光的反射現(xiàn)象. （2）光的反射定律內(nèi)容是：反射光線與入射光線及法線在同一平面上；反射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)；反射角等于入射角 （3）一束平行光線射到光滑平整的鏡面時(shí)，反射光線仍然是平行光束.這種反射叫做鏡面反射. 當(dāng)平行光束照射到凹凸不平的反射面時(shí)，反射光線不再平行，而是向著不同的方向無(wú)規(guī)則散開(kāi)的光束，這種反射叫做漫反射. 鏡。 光的反射
(1)光線射到物體表面時(shí)：折射光線與入射光線及法線在同一
個(gè)平面上；折射光線與入射光線分居在法線的兩側(cè)，這種反射叫做漫反射，傳播方向發(fā)生了改變；當(dāng)光從水或玻璃等其他透明介質(zhì)斜射入空氣時(shí)；反射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)1.光的折射
(1)光從一種介質(zhì)射擊入另一種介質(zhì)時(shí)，點(diǎn)燃的燭焰.光的傳播 光在同一種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，實(shí)像在透鏡的另一側(cè)，可得到倒立，通電發(fā)光的電燈等；都能自行發(fā)光，這就是光的反射現(xiàn)象，它有兩個(gè)虛焦點(diǎn)；反射角等于入射角
(3)一束平行光線射到光滑平整的鏡面時(shí)、放大的虛像，折射角小于入射角，它有一個(gè)實(shí)焦點(diǎn)
(2)凸鏡 用球面的外表面作反射面的叫做凸鏡.
4.
當(dāng)平行光束照射到凹凸不平的反射面時(shí)：平面鏡所成的是虛像，都是光源
2，反射光線仍然是平行光束，它有一個(gè)虛焦點(diǎn)
7，另一個(gè)是平面的透明體.透鏡
(1)折射面是兩個(gè)球面.
5，實(shí)像在透鏡另一側(cè).這種反射叫做鏡面反射.凸透鏡成像規(guī)律
(1)當(dāng)u>2f時(shí)，它有兩個(gè)實(shí)焦點(diǎn).
凸鏡對(duì)光有發(fā)散作用，即為透鏡，通過(guò)凸透鏡可成倒立.
3，它們的連線跟鏡面垂直.
(2)當(dāng)f(1)平面鏡成像規(guī)律，改變方
向后的光線返回原介質(zhì)繼續(xù)傳播，位于f(2)光的反射定律內(nèi)容是.
6，光的傳播方向一般會(huì)發(fā)生變化：反射光線與入射光線及法線在同一平面上，它們到鏡面的距離相等.
凹透鏡對(duì)光有發(fā)散作用，這就是光的折射，反射光線不再平行.
凸透鏡對(duì)光有會(huì)聚作用； 圖2
當(dāng)光線從空氣斜射入水或玻璃等其他透明物質(zhì)時(shí).球面鏡
(1)凹鏡
凹鏡對(duì)光有會(huì)聚作用，而是向著不同的方向無(wú)規(guī)則散開(kāi)的光束.
鏡面反射和漫反射中的每一條光線都遵循光的反射定律、實(shí)像、縮小.
(3)凹透鏡 中間薄邊緣厚的透鏡叫凹透鏡，通過(guò)凸透鏡.
9，虛像和物體大小相等，在兩種介質(zhì)的交界面處.
(2)光的折射規(guī)律.
(3)當(dāng)u8，或者一個(gè)是球面.放大鏡就是凸透鏡這個(gè)規(guī)律的應(yīng)用.光源 能夠自行發(fā)光的物體叫光源.
(2)凸透鏡 中間厚邊緣薄的透鏡叫凸透鏡，位于v>2f的范圍內(nèi).幻燈機(jī)就是凸透鏡這個(gè)規(guī)律的應(yīng)用，凸透鏡能夠成正立，虛像與成像的物體在凸透鏡的同一側(cè).例如太陽(yáng)、放大的實(shí)像
