石鑫华视觉网| 东莞华视自动化科技有限公司|机器视觉商城|机器视觉论坛|淘宝店铺

机器视觉_石鑫华视觉网_光源_控制器_工业相机_镜头_视觉方案_NI_LabVIEW_Vision_VBAI_图像处理教程_论坛_商城_东莞华视自动化科技有限公司,机器视觉,工业相机,工业镜头,LED光源,图像处理,视觉方案,VBAI,LabVIEW

当前位置: 首页 > 百科 >

光学

时间:2013-05-10来源:石鑫华视觉网shxinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次

光学概述

光学(英语:Optics),是物理学的分支,主要是研究光的现象、性质与应用,包括光与物质之间的相互作用、光学仪器的制作。光学通常研究红外线、紫外线及可见光的物理行为。因为光是电磁波,其它形式的电磁辐射,例如X射线、微波、电磁辐射及无线电波等等也具有类似光的特性。英文术语“optics”源自古希腊字“πτικ”,意为名词“看见”、“视见”。
 
大多数常见的光学现象都可以用经典电磁学的理论来解释。但是,通常这全套理论很难实际应用,必需先假定简单模形。几何光学的模形最为容易使用。它试图将光当作射线(光线),能够直线移动,并且在遇到不同介质时会改变方向;它能够解释像直线传播、反射、折射等等很多光线现象。物理光学的模形比较精密,它把光当作是传播于介质的波动(光波)。除了反射、折射以外,它还能够以波性质来解释向前传播、干涉、偏振等等光学现象。几何光学不能解释这些比较复杂的光学现象。在历史上,光的射线模形首先被发展完善,然后才是光的波动模形。
 
很多现象涉及到光的波粒二象性。只有量子力学能够解释这些现象。在量子力学里,光被视为由一群称为光子的粒子组成。量子光学专门研究怎样用量子力学来解释光学现象。
 
进一步将光学细分类。光的纯科学领域,通常被称为光学或“光学物理”。应用光学通常被称为光学工程。光学工程中涉及到照明系统的部分,被特别称为“照明工程”。每一个分支在应用、技术、焦点以及专业关联上,都有很大不同。在光学工程中,比较新的发现,通常被归类为光子学(photonics)。
 
因为光学在实际中被广泛应用,光学物理和工程光学,在领域上,有很大程度的互相交叉。光学也与电子工程、物理学、天文学、医学(尤其是眼科学与视光学)等许多学科密切相关。很多关键科技都能找到光学的研究果实,包括镜子、透镜、望远镜、显微镜、激光、光纤、发光二极管、光伏等等。
一束光入射于等边棱镜,产生反射、折射、透射、色散
一束光入射于等边棱镜,产生反射、折射、透射、色散。

经典光学

在 量子光学 的重要性被揭示之前,光学的基本理论主要是经典电磁场理论以及它在光学领域的 高频近似。经典光学可以分成两个主要分支: 几何光学与 物理光学。

几何光学

几何光学,又称 线光,描述了 光的 波动传播。在几何光学中,光被称作是 "射线" (光线)。 光线会在两种不同介质的界面 改变传播方向, 并有可能在折射率随位置变化的介质中发生曲线弯折的现象。几何光学中的“光线”是抽象的物体,它的前进方向垂直于光波的波前。几何光学给出了光线通过光学系统的传播规律,以此可以预测其实际波前的位置。需要注意的是,几何光学简化了光学理论,因此它无法解释很多重要的光学效应, 例如:衍射、偏振。
 
通过近轴近似, 或者"小角近似"可以对几何光学做进一步简化,并对应于数学描述上的线性化。在近轴近似条件下,光学元件和系统可以通过简单的矩阵来表示。基于此,发展了 高斯光学 以及 近轴光线跟踪, 以用于确定光学系统的一阶特性,例如近似成像、物方位置以及放大倍率等。高斯光束传播是近轴光学的扩展,它可以更为精确地描述相干传播(如激光光束)。即使仍然使用近轴近似,这一技术可以部分描述衍射,能够精确计算激光束随距离传播的速率以及其最小的汇聚尺寸。高斯光束传播理论因此可以沟通几何光学与物理光学。

物理光学

物理光学,或称波动光学,建立在 惠更斯原理之上,可以建立复波前(包括振幅与相位 )通过光学系统的模型。这一技术能够利用计算机数值仿真模拟或计算衍射、干涉、偏振特性、像差 等各种复杂光学现象。由于仍然有所近似,因此物理光学不能像电磁波理论模型那样能够全面描述光传播。对于大多数实际问题来说,完整电磁波理论模型计算量太大,在现在的一般计算机硬件条件下并不十分实用,但小尺度的问题可以使用完整波动模型进行计算。

经典物理的相关领域

光线在三棱镜中色散的想象图
光线在三棱镜中色散的想象图
  • 像差(Aberration)
  • 干涉(Interference)
  • 衍射(Diffraction)
  • 光色散(Dispersion)
  • 光学畸变(Distortion)
  • 光学构件的制作和检测(Fabrication and testing, optical components)
  • 费马原理(Fermat's principle)
  • 傅立叶光学(Fourier optics)
  • 梯度折射率光学(Gradient index optics)
  • 干涉测量(Interferometry)
  • 光学透镜设计(Optical lens design)
  • 光学分辨率(Optical resolution)
  • 偏振(polarization)
  • 光线(Ray)
  • 光线跟踪(Ray tracing)
  • 反射(Reflection)
  • 折射(Refraction)
  • 散射(Scattering)
  • 波(Wave)
  • 几何光学(Geometrical Optics)
    • 透镜(Lenses)
    • 反射镜(Mirrors)
    • 光学仪器(instruments)
    • 棱镜(Prisms)

近代光学

  • 光谱学(spectroscopy)
  • 氢原子光谱
  • X-ray diffraction(X-光衍射仪)
  • 光子(photon)
  • 物质波(matter wave)
  • 能量量子化(Energy is quantized)

近代光学的相关领域

  • 自适应光学
  • 圆二色性
  • 晶体光学
  • 衍射光学
  • 光纤光学
  • 导波光学
  • 全息术
  • 集成光学
  • 琼斯算法
  • 激光
  • 微光学
  • 非成像光学
  • 非线性光学
  • 光学建模与仿真方法
  • 光学模式识别
  • 光学处理
  • 光学涡旋
  • 光度学
  • 光电
  • 量子光学
  • 辐射度学
  • 统计光学
  • 散射光学
  • 薄膜光学
  • X 射线光学

其他的光学领域

  • 颜色科学
  • 照明工程
  • 图像处理
  • 信息论
  • 线性光学
  • 机器视觉
  • 材料科学——光学特性
  • 光通讯
  • 光学计算机
  • 光数据存储
  • 光学显示系统
  • 光反馈效应
  • 模式识别
  • 摄影
  • 热物理学 — 辐射传导
  • 视觉系统

光学的应用

------分隔线----------------------------
石鑫华推荐
  • 隔行扫描

    隔行扫描 东莞华视自动化科技有限公司 http://pcmv.cn- 石鑫华视觉网 http://shixinhu...

  • 逐行扫描

    逐行扫描 石鑫华视觉网 http://shixinhua.com- 东莞华视自动化科技有限公司 http://pc...

  • 像方远心镜头

    像方远心镜头,东莞华视自动化科技有限公司,石鑫华视觉网,光轴,像方远心光路,调焦,测量...

  • 物方远心镜头

    物方远心镜头,物方远心光路,东莞华视自动化科技有限公司,石鑫华视觉网,光轴,畸变,孔径...

  • Gige Vision

    GigE Vision Gige Vision 概述 GigE Vision是由自动化影像协会AIA(Automated Imaging ...