光学系统中的光能损失(00001)知识分享.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。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射镜,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：