光路是光源和探测器之间光学通道光路由光学元件和传输.ppt

光路是光源和探测器之间光学通道光路由光学元件和传输
光路是光源和探测器之间光学通道光路由光学元件和传输光路是光源和探测器之间光学通道光路由光学元件和传输 § 基本光学关系式 在光电探测系统的光路分析中，用几个基本定律就可以推导出其它许多重要的关系式。在本章有关问题讨论中始终都要用到守恒定律、折射定律、反射定律和吸收定律。
守恒定律
对于波长为λ的辐射，将被吸收、被反射、被透射的能量分数依次记作α(λ)、ρ(λ)、τ(λ)，可将能量守恒定律表示成
α(λ) + ρ(λ) + τ(λ) = 1 (-1) 11/18/20202
§ 基本光学关系式
在光电探测系统的光路分析中，用几个基本定律就可以推导出其它许多重要的关系式。在本章有关问题讨论中始终都要用到守恒定律、折射定律、反射定律和吸收定律。
守恒定律
对于波长为λ的辐射，将被吸收、被反射、被透射的能量分数依次记作α(λ)、ρ(λ)、τ(λ)，可将能量守恒定律表示成
α(λ) + ρ(λ) + τ(λ) = 1 (-1)
2020/11/26
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反射和折射定律
电磁波在真空中的速度与在某物质中传播速度之比称为该物质的绝对折射率，即
(-3)
这里，，为无量纲的相对介电常数、相对磁导率。
折射率随着入射波长变化的现象叫做色散，其中，随频率增加而增加称为正常色散。
设光在介质中传播的距离记为x、速度记为υ，则光线在多种不同介质中传播的总时间
(-5)
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设光在介质中传播的距离记为x、速度记为υ，则光线在多种不同介质中传播的总时间
(-5)
又因为υi = c0/ni，故式(-5)可改写为
(-6)
上式的分子称为光程（OPL），等效于时间t内光在真空中的传播距离。
光的传播服从Fermat原理：当光从一点传播到另外一点时，它将沿着具有最短光程长度的路径传播。并且由此可以得到Snell折射定理：
n1sinθ1 = n2sinθ2 (-7)
当光在两种不同折射率物体表面微元反射时，有反射定律：反射角等于入射角的。反射角、入射角为光线与面微元法线方向的夹角，在同一介质中；而入射角、折射角则在不同介质中。
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界面反射损失
如果非偏振辐射以非垂直的角度照射到界面上，根据Fresnel的完整方程，它的反射率随入射角θ1、折射角θ2的变化是：
(-9)
对于垂直入射的单色光，有Fresnel方程来描述反射率
(-8)
根据公式，两种介质的折射率差别越大，反射也就越大；而一些专门调和的玻璃胶可以使两块同一材质的光学玻璃无反射地粘合在一起。
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吸收定律
对吸收现象的研究建立在如下的几条假设上
① 入射光线是单色的；
② 吸收粒子（分子、原子、离子等等）的吸收行为是相互独立的；
③ 入射辐射由平行光线构成，并与吸收介质的表面相垂直；
④ 光束横截面经历的光程相同；
⑤ 吸收介质是均匀的，且不会散射辐射；
⑥ 入射通量不足于导致饱和效应。对激光来说，其光束非常强，使原子的吸收能力饱和，即容易把能够吸收光子的原子激发到激发态，从而不能更多地吸收其它光子，叫做饱和效应。
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考虑吸收剂浓度均匀的吸收介质。设照射在吸