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探索“视”界——视光学与视觉科学导论 应用光学基础 光的本质是一种电磁波。波长在380～760nm 的电磁波可以被人眼所感知，因此称为可见光。波 长大于760nm 的为红外光或红外线，小于380nm 的为紫外光或紫外线。其中555nm 的光波人眼最为 8 敏感。光波在真空中的传播速度为c ＝3 ×10 m/s ，在介质中的传播速度小于c，与介质的折射率有关。 可见光随波长不同显现各种色彩，可以分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色，具体波长范围如 表2-1 所示。 表 1 波长范围与颜色对照 波长范围（nm ） 颜色 723～647 红 647～585 橙 585～575 黄 575～492 绿 492～455 青 455～424 蓝 424～397 紫 一、光源与光束 光自光源发出，向周围发散。当光源大小可忽略时，称这样的光源为发光点。发光点无体积和线 度，只有空间位置。在几何光学中研究光的传播，并不是把光看作是电磁波，而是把光看作是“能够 传播能量的几何线”。这些几何线的集合体就是光束，光束代表的是能量流，即能量既不会从光束流 出，也不会从外界流入光束。按照光线的传播特性，光束可以分为同心光束和非同心光束。同心光束 又分为发散光束、平行光束和会聚光束，如图2-1 所示。 图1 同心光束 探索“视”界——视光学与视觉科学导论 在自然界中，所有光源发出的光都向周围散开，即全部为发散光束。当光源距离很远时，发散光 束的各光线之间的光线接近于平行状态，可以近似认为平行光束。要想得到会聚光束，必须采用光学 手段改变光的传播状态以得到会聚光束。 光束的会聚或者发散的程度用光束的聚散度来表述。光束的聚散度用实际光线所在介质的折射率 与基准面至光束的发出点或者会聚点的距离之比来表示。其单位为屈光度。 二、理想光学的基本定律 理想光学把研究光经过介质的传播问题归结为四个基本定律，分别是光的直线传播定律、光的独 立传播定律、光的反射定律。 （一）光的直线传播定律 光的直线传播定律就是光在各向同性的均匀介质中沿着直线方向传播的。光的直线传播定律是光 学测量以及相应光学仪器诞生的基础。几何光学中在研究光的特性时都认为光是沿着直线传播的。但 是直线传播定律是有局限性的，那就是当光的传播过程中遇到小孔或者狭缝时，光将偏离原来的传播 方向，即形成了衍射现象。 （二）光的独立传播定律 光的独立传播定律是指不同光源发出的光在空间某点相遇时，彼此胡不影响，各自沿着原来的方 向独立传播。在光的交汇点上，光的强度简单叠加。离开交汇点后，各光束按照原来的方向继续传播。 这一定律成立的前提是这两束光不具有相干性，即交汇后不会产生干涉现象。 （三）光的反射定律与折射定律 光的反射定律与折射定律描述的是光传播到两种均匀介质分界面后所产生的一种现象和规律。光 的反射定律描述的是当一束光投射到两种均匀介质的光滑分界面上时，一部分光被光滑表面反射回原 介质中，其反射角与入射角绝对值相等，符号相反。在视觉光学的应用中，利用反射现象来增加成像 距离或者改变光路方向。 光的折射定律描述的是在两种均匀透明介质的光滑分界面上，光透过光滑表面