光学system中的光能损失.ppt

主讲：张建寰 副教授 单位：厦门大学物理与机电学院 机电工程系;一、光学系统光能损失概述 二、反射损失计算 折射面损失计算公式 反射面损失计算公式 三、吸收损失计算 四、同时考虑反射和吸收损失时的计算 五、反射率与折射率、入射角的关系 六、两种典型金属镀层的反射系数 七、光能损失计算举例;△任何实际光学系统都不可能完全透明，从系统射出的光通量Φ`永远比进入系统的光通量Φ要少，即系统的透过率τ永远小于1。为了求出光学系统成像的实际光亮度和光照度，必须求出τ的数值。;下面首先分析一下光学系统的光能损失和由它造成的影响。;光学系统中的光能损失主要有：反射损失、吸收损失、散射等，而所损失能量中大部分是由反射和吸收造成的。;由此可见，造成折射透镜光能损失的原因有两个： 第一，光束在光学零件表面的反射； 第二，光束通过介质时的吸收。; 光能损失产生两个方面的主要负面影响： 使光学系统成像光亮度降低。 由于反射光再经过它前面的表面反射回到像平面上，使像平面形成一个亮的背景，降低了像平面的对比，使像的清晰度下降。;二、反射损失计算 ;根据反射系数定义有： 　 　 将该式代入 对光学折射透镜的第一表面来说，有如下的关系式：;此时不考虑吸收损失，则从第一表面折射的光通量Φ1`，便是第二表面入射光通量Φ2，即： 因此对第二表面应用与第一个表面相同的分析方法有：　;这样将二个折射面的反射光能损失合起来，从透镜最终出射的光通量为：;由此得到只存在折射光学元件，只考虑折射面的反射损失时的光学系统的透过率为：;二、反射损失计算 ;二、反射损失计算 ;二、反射损失计算;三、光能的吸收损失计算;三、光能的吸收损失计算;三、光能的吸收损失计算;三、光能的吸收损失计算;四、同时考虑反射和吸收损失时的计算;四、同时考虑反射和吸收损失时的计算;不同的介质材料对光的反射率有不同的影响。下图是不同折射率的介质的反射率。;五、介质折射率及光线入射角对反射率的影响;反射镜一般是在玻璃材料的表面镀反射膜，以实现光反射的目的。对于具有金属镀层的反???镜,所产生光能损失是由于一部分被反射层吸收和散射。光能损失的大小随所镀物质的种类和工艺方法而不同。不同反射膜层的反射系数和机械物理性能可以在《光学仪器设计手册》中查到。目前最常用的真空镀铝后氧化加固或化学镀银后镀铜，再加保护漆。;镀铝反射镜用于光学零件外表面反射，镀银反射镜用于光学零件内表面反射。镀铝的平均反射系数为0.85，镀银的平均反射系数为0.9。光学玻璃的透明系数P通常取平均值0.99。冕牌玻璃、火石玻璃与空气接触的折射面的反射系数分别为0.95,0.96。将这些数据代入透过率公式，得到计算光学系统透过系数τ的公式如下：;N1——镀铝面数； N2——镀银面数； N3——冕牌玻璃和空气接触面数； N4——火石牌玻璃和空气接触面数； l ——沿光轴计算的玻璃总厚度(以厘米为单位)。;七、例题;零件号;由表中看到，镀银面1个，冕牌玻璃与空气接触表面13个，火石玻璃与空气接触表面3 个，光学系统中介质总厚度为13.17cm。将以上数据代入反射系数公式得：;;