上海中医药大学：《物理学》课程教学资源（PPT课件）第十二章 光学基本知识与药用光学仪器

第十二章光学基本知识与药用光学仪器 中红外光谱仪 Gas Chamber with Sample:Linear Variable Filter: E.g.CO2 and CO Separates different Infrared colors geometrically light source Detector array: lnfrared Nght source 光栅光谱仪的优势： 可获得尽可能小的分辨率 Gas Chamber Optical Grating with Sample: Detector array Eg.CO,and Co 光源效率利用高：光栅将不同波长的光 分散到不同的探测象素 简单改变波段范围：更换光栅

第十二章 光学基本知识与药用光学仪器 Grating-based 中 红 外 光 谱 仪 光栅光谱仪的优势： 可获得尽可能小的分辨率 光源效率利用高：光栅将不同波长的光 分散到不同的探测象素 简单改变波段范围：更换光栅

教学基本要求 第十二章光学基本知识与药用光学仪器 ·、了解光见度函数、光通量、发光强度、照度等 有关光度学的基本概念。 二、掌握瑞利分辨率条件；理解显微镜、光谱仪等 仪器的分辨本领的计算公式。 三、理解光的色散现象及规律；掌握正常色散与反 常色散的特征 四、了解光散射的概念及规律，了解超显微镜的结构 及工作原理 。 五、了解荧光与磷光的概念、荧光光谱曲线，了解荧 光光谱仪的构造及原理。 六、掌握光的吸收规律，了解光电比色计、分光光度 计的结构及工作原理

一、了解光见度函数、光通量、发光强度、照度等 有关光度学的基本概念。 二、掌握瑞利分辨率条件;理解显微镜、光谱仪等 仪器的分辨本领的计算公式。 三、理解光的色散现象及规律；掌握正常色散与反 常色散的特征。 五、了解荧光与磷光的概念、荧光光谱曲线,了解荧 光光谱仪的构造及原理。 四、了解光散射的概念及规律,了解超显微镜的结构 及工作原理。 教学基本要求 六、掌握光的吸收规律,了解光电比色计、分光光度 计的结构及工作原理。 第十二章 光学基本知识与药用光学仪器

第一节光度学的基本知识 对各种电磁辐射能量的计量研究称为辐射量度学 (radiometry) 对可见光能量的计量研究称为光度学(photometry) 光见度函数与光通量 1.辐射通量P 光源向周围空间辐射能量的总辐射功率 P=[e(ayiz

第一节 光度学的基本知识 对各种电磁辐射能量的计量研究称为辐射量度学 (radiometry) 对可见光能量的计量研究称为光度学(photometry) 一 、光见度函数与光通量 1. 辐射通量 光源向周围空间辐射能量的总辐射功率 P ed   0 P

第一节光度学的基本知识 2.光见度函数(2) 视见岳数曲线 1.0 反映不同波长光及环 0.8 境亮度对人眼引起的相对 敏感程度 0.6 0.4 明亮光光见度曲线 暗弱光光见度曲线 4 45 50 55 60 65 75 (100A) 3.光通量F 表示光源表面的客观辐射通量对人眼引起的视觉强度 在波长为2~元+d几的间隔内的光通量为：dF=(2)dP =00 总光通量为： F=∫(HP 单位：流明(m) =0

第一节 光度学的基本知识 2. 光见度函数 反映不同波长光及环 境亮度对人眼引起的相对 敏感程度 明亮光光见度曲线 暗弱光光见度曲线  3. 光通量 表示光源表面的客观辐射通量对人眼引起的视觉强度 F   在波长为 的间隔内的光通量为 dF    dP  ~   d :      F   dP 0    总光通量为:  单位: 流明 (lm)

第一节光度学的基本知识 二、发光强度与照度蕌 1.发光强度 >发光具有方向性 >表征光通量空间分布的物理量 >定义：点光源在单位立体角中发出的光通量 dF d >单位：坎德拉 (cd) >对各向同性的点光源： F=「Id2=I2=4l

二、发光强度与照度 第一节 光度学的基本知识 1. 发光强度   d d F I Ø对各向同性的点光源: Ø 发光具有方向性 Ø表征光通量空间分布的物理量 Ø定义:点光源在单位立体角中发出的光通量 F  Id  I  4I   Ø单位: 坎德拉 cd

第一节光度学的基本知识 2.照度 表征受照面被照明程度的物理量，可用落在受照物体 单位面积上的光通量数值来量度，可表达为 dF 单位：勒克司 (x) E dS llx 1lm/m 点光源 法线n' 法线n 照搜E 点光源的照度 面光源的照度 dF Idg 垂直照射 照度定律 E= 六3 COSθ dS ds 多光源照射

第一节 光度学的基本知识 2. 照度 表征受照面被照明程度的物理量，可用落在受照物体 单位面积上的光通量数值来量度，可表达为 S F E d d  单位: 勒克司 2 1lx 1lm/ m lx cos 2 r I dS Id dS dF E   照度定律   垂直照射 多光源照射

第一节光度学的基本知识 例1一发光强度为60cd的点光源0置于水平地板上方4m处，而 一直径为3的圆形平面镜水平放置，平面镜的圆心位于点光源 正上方4处，若光投射于平面镜时，将80%的光反射，试求光 源斜下方6m地板上P点处的照度。蕌 解：根据题意，所求点的照度应为实际光 源O和镜象光源O'共同贡献的，应用反平 方定律且考虑到倾斜因子COS,即得 b I cosa I'cos a' E= R2 R2 R I=60cd,cosa=;!=48cd 4 将 B 12 cos a'= 代入上式得： V122+62-42) 60×4 48×12 R=6,R'=V122+62-42 E= =1.385x 63 164

第一节 光度学的基本知识 例1 一发光强度为60cd的点光源O置于水平地板上方4m处，而 一直径为3m的圆形平面镜水平放置，平面镜的圆心位于点光源 正上方4m处，若光投射于平面镜时，将80%的光反射，试求光 源斜下方6m地板上P点处的照度。     2 2 2 2 2 2 2 2 6, ' 12 6 4 12 6 4 12 cos ' ; ' 48 6 4 60 , cos ' cos 'cos '             R R I cd I cd R I R I E       E 1.385lx 164 48 12 6 60 4 3 3      代入上式得 : 将 解：根据题意，所求点的照度应为实际光 源O和镜象光源O′共同贡献的，应用反平 方定律且考虑到倾斜因子cos ，即得

第二节光学仪器的分辨本领 影响光学仪器分辨能力的原因： 球面像差 大孔径引起 彗形像差 1.像差 像散 像场弯曲 大视场引起 畸变 圆孔衍射 2.衍射现象 光栅衍射

第二节 光学仪器的分辨本领 影响光学仪器分辨能力的原因: 2. 衍射现象 1. 像差 球面像差 彗形像差 像散 像场弯曲 畸变 大孔径引起 大视场引起 圆孔衍射 光栅衍射

第二节光学仪器的分辨本领 射光 物平面 (图a)装置 光 图a 像平面 差 图b 工M (图6)光瞳上 (图c)像平面上 彗形像差 像散

彗形像差 像散 第二节 光学仪器的分辨本领

第二节 光学仪器的分辨本领 瑞利分辨条件 0.81 两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源 的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小 相重合，这时两个点光源（或物点)恰为这一光学仪器所分 辨. 瑞利分辨判据

两个强度相等的不相干的点光源（物点），一个点光源 的衍射图样的主极大刚好和另一点光源衍射图样的第一极小 相重合，这时两个点光源（或物点）恰为这一光学仪器所分 辨. ——瑞利分辨判据 8 0 0. I 第二节 光学仪器的分辨本领 一 、瑞利分辨条件