《光学原理入门》课件2

光学原理入门欢迎来到光学原理入门课程光学是物理学的重要分支，研究光的性质、传播及其与物质的相互作用本课程将带领大家从基础概念出发，逐步深入了解光学的各个领域，包括几何光学、波动光学、量子光学等通过系统学习，你将掌握光学原理的理论基础和实际应用，为未来在光学领域的研究和工作奠定坚实基础课程概述课程目标学习内容考核方式123通过系统学习光学基本概念、理论和本课程包括十大章节光学基础、几平时成绩占30%（含作业20%、课堂实验方法，使学生建立光学思维，掌何光学、波动光学、量子光学、激光表现10%），实验报告占20%，期末握光学分析方法，能够应用光学原理原理、非线性光学、光纤光学、光学考试占50%期末采用闭卷笔试形式，解决实际问题课程注重理论与实践成像、光学测量和现代光学应用每考察基本概念理解和问题解决能力结合，培养学生的实验操作能力和科章节设计循序渐进，由浅入深，帮助鼓励学生独立思考和创新应用学研究素养学生全面了解光学领域第一章光学基础理论发展1光学理论从古希腊时期开始发展，经历了几何光学、波动光学到量子光学的演变过程每个阶段都有重要科学家的贡献，如牛顿、惠更斯、麦克斯韦和爱因斯坦等基本概念2光学研究的核心是光的本质及其传播规律基础概念包括光速、波长、频率、折射率等，这些是理解更复杂光学现象的基石应用领域3光学应用极为广泛，从日常生活中的眼镜、相机，到高科技领域的光纤通信、激光医疗、光学计算等光学的基础知识是进入这些领域的必要条件光的本质

1.1波动说粒子说波粒二象性17世纪，惠更斯提出光的波动说，认牛顿提出光的粒子说，认为光由微小粒现代光学理论认为，光既具有波动性也为光是一种波动现象这一理论成功解子组成，沿直线传播这一理论能解释具有粒子性，这种特性称为波粒二象性释了光的干涉和衍射现象，表明光具有光的反射和折射现象20世纪初，爱在不同实验条件下，光表现出不同的特波的性质麦克斯韦的电磁理论进一步因斯坦通过光电效应实验证明了光的粒性例如，在干涉实验中表现为波，而确认光是一种电磁波，其传播不需要介子性，引入了光子概念，即光是由能量在光电效应中则表现为粒子质为hν的光子组成电磁波谱

1.2可见光红外线波长范围约为380-780纳米，是人眼可以感知的电磁波不同波长的可见光对应不波长范围约为780纳米至1毫米，比可见光同的颜色，从紫色短波长到红色长波长波长长红外线主要表现为热辐射，广泛12可见光是我们获取外界信息的主要途径，应用于夜视设备、遥感技术和医疗诊断等也是光学研究的核心部分领域紫外线射线X43波长范围约为10-380纳米，比可见光波长波长范围约为

0.01-10纳米，能量较高，短紫外线具有显著的化学作用和生物效具有强穿透性广泛应用于医学成像、物应，可用于消毒、荧光分析和光刻技术等质结构分析和安全检查等领域光的传播

1.3光速折射率光在真空中的传播速度是一个物折射率n定义为光在真空中的速理常数，约为299,792,458米/秒，度c与在该介质中速度v的比值通常简写为3×10^8米/秒这n=c/v折射率是介质的重要光是自然界中已知的最快速度，根学特性，决定了光在该介质中的据爱因斯坦的相对论，任何物质传播行为常见物质的折射率都无法超过这个速度光在不同空气约为

1.0003，水约为

1.33，介质中的传播速度会减小，这是玻璃约为

1.5，钻石约为

2.42折射现象的基础光程光程是光学路径长度，定义为几何路径长度与折射率的乘积在光的干涉和衍射现象中，光程差是决定相位差的关键因素对于多层介质系统，总光程等于各层光程之和，这在薄膜干涉和光学镀膜设计中尤为重要费马原理

1.4定义费马原理是光学中的基本原理，由法国数学家皮埃尔·德·费马于17世纪提出该原理指出光在两点之间传播时，所选择的路径使得光程取极值（通常是最小值）这一原理可以被理解为自然界的最省力原则，光选择最节省时间的路径数学表达费马原理可以用数学形式表示为δ∫nrds=0，其中nr是空间点r处的折射率，ds是路径微元这个积分表示光的总光程，δ表示变分，即总光程在实际光路上取极值这一数学表达为解决复杂光学问题提供了强大工具应用费马原理可以推导出几何光学中的基本定律，如反射定律和折射定律同时，它在现代光学中仍有重要应用，如光纤设计、光学系统优化和计算光学等领域费马原理也是变分法在物理学中最早的应用之一第二章几何光学光线传播反射与折射成像系统几何光学以光线概念为反射和折射是几何光学几何光学的核心应用是基础，研究光在各种介中的基本现象反射遵分析和设计成像系统质和界面中的传播路径循入射角等于反射角通过研究镜面、透镜等它假设光沿直线传播，的定律，折射遵循斯涅光学元件的性质，可以忽略波动特性几何光尔定律这些基本规律预测光线通过系统后的学主要处理宏观尺度上决定了光线在界面处的行为，实现对成像质量的光学现象，如反射、行为，是光学系统设计和特性的控制这对相折射和成像的基础机、显微镜等光学仪器的设计至关重要反射定律

2.1反射基本原理1光线从一种介质射向另一种介质界面时，部分光线会被反射回原介质反射定律是几何光学中最基本的定律之一，描述了光线在界面上反射时的行为规律平面反射平面反射遵循两个基本规律1入射光线、反射光线和法线在同一平面内；2入射角2等于反射角这一简单而优美的规律适用于所有平面反射现象，如平面镜成像球面反射球面反射是指光线在球面镜上的反射对于球面镜，每点的法线3不同，但仍遵循入射角等于反射角的基本定律通过分析球面反射，可以推导出球面镜的成像公式折射定律

2.2斯涅尔定律1描述光从一种介质进入另一种介质时的行为折射率关系2₁₁₂₂n sinθ=n sinθ折射角变化3从光密介质到光疏介质，折射角增大全反射现象4当入射角大于临界角时发生斯涅尔定律（Snells Law）是描述光折射现象的基本定律，由荷兰数学家威尔布鲁德·斯涅尔于1621年发现该定律指出，光线从一种介质进入另一种介质时，入射角的正弦与折射角的正弦之比等于两种介质折射率之比₂₁₂₁全反射是一种特殊的光学现象，当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角时发生临界角θc=arcsinn/n，其中n小于n全反射在光纤通信、棱镜和钻石等应用中具有重要意义平面镜成像

2.3成像原理特点与规律应用举例平面镜成像遵循反射定律对于平面镜，平面镜成像具有以下特点1像是虚像；平面镜在日常生活和科技领域有广泛应物体上任一点发出的光线经镜面反射后，2像与物等大；3像与物关于镜面对称；用如浴室镜子、化妆镜、后视镜等沿反射光线的延长线相交于镜后的虚像4像与物的距离等于物与镜面距离的两在光学仪器中，平面镜常用于改变光路点根据反射定律和几何关系，可以证倍这些特点使平面镜在日常生活和科方向，如潜望镜、折反射望远镜等在明像点到镜面的距离等于物点到镜面的学仪器中有广泛应用激光系统中，高精度平面镜用于构建光距离，且像与物大小相等学谐振腔球面镜

2.4球面镜是指镜面为球面一部分的反射镜，根据反射面的形状分为凹面镜和凸面镜凹面镜的反射面位于球面内侧，光线经反射后会聚；凸面镜的反射面位于球面外侧，光线经反射后发散球面镜的成像公式为1/f=1/u+1/v，其中f为焦距，u为物距，v为像距根据球面镜的几何特性，焦距f等于球面曲率半径的一半球面镜的放大率m=-v/u成像特点根据物距不同而变化，可形成放大或缩小的实像或虚像薄透镜

2.5凸透镜结构凹透镜结构12凸透镜是中间厚、边缘薄的透凹透镜是中间薄、边缘厚的透镜，具有会聚光线的功能其镜，具有发散光线的功能其两个表面至少有一个是凸面，两个表面至少有一个是凹面，包括双凸透镜、平凸透镜和凹包括双凹透镜、平凹透镜和凸凸透镜（凸面曲率大于凹面曲凹透镜（凹面曲率大于凸面曲率）凸透镜的焦距为正值，率）凹透镜的焦距为负值，是会聚透镜是发散透镜焦距计算3透镜的焦距与其表面曲率半径和材料折射率有关，由透镜制造公式计算₁₂1/f=n-11/R-1/R，其中n为透镜材料相对于周围介质的折射率，₁₂R和R分别为两个表面的曲率半径薄透镜近似中假设透镜厚度远小于曲率半径透镜成像

2.6物距u成像特点像距v放大率muf凸透镜正立、放大、虚像v0m1u=f凸透镜无法成像v=∞m=∞fu2f凸透镜倒立、放大、实像v2f m1u=2f凸透镜倒立、等大、实像v=2f m=1u2f凸透镜倒立、缩小、实像fv2f0m1任意u值凹透镜正立、缩小、虚像v00m1透镜成像遵循高斯成像公式1/f=1/u+1/v，其中f为焦距，u为物距，v为像距像的放大率由m=-v/u计算符号规则沿光线传播方向为正，逆光线传播方向为负；实像v为正，虚像v为负透镜组合使用时，第一个透镜形成的像成为第二个透镜的物计算方法是逐个应用单透镜成像公式，系统总放大率为各透镜放大率的乘积这是光学仪器设计的基础光学仪器

2.7显微镜照相机2放大微小物体的双透镜系统1利用透镜成像原理捕捉影像望远镜3观察远距离物体的光学系统5眼镜投影仪矫正视力的个人光学设备4将小图像放大投射在屏幕上照相机由物镜、光圈和感光元件组成物镜收集光线并成像于感光元件上，光圈控制进光量数码相机使用CCD或CMOS传感器代替传统胶片，将光信号转换为电信号后处理成图像复合显微镜由物镜和目镜组成，总放大率为两者放大率之积物镜产生放大的实像，目镜进一步放大该像形成虚像显微镜分辨率受衍射极限影响，与光波长和数值孔径有关第三章波动光学1690惠更斯提出波动理论荷兰物理学家惠更斯首次系统提出光的波动理论年份1801杨氏双缝实验托马斯·杨通过双缝实验首次证明光的波动性1865麦克斯韦方程组詹姆斯·麦克斯韦建立电磁波理论，确认光是电磁波⁻10⁷可见光波长可见光波长范围约为380-780纳米（米量级）波动光学是研究光的波动性质及其引起的现象，包括干涉、衍射和偏振等与几何光学相比，波动光学能解释更多复杂的光学现象，特别是当光与尺寸接近其波长的物体相互作用时这一领域的发展奠定了现代光学的理论基础惠更斯原理

3.1基本定义惠更斯原理是由荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯于1690年提出的波动传播理论该原理指出波前上的每一点都可以看作是次波源，这些次波源发出的子波向前传播，在某一时刻这些子波的包络面形成新的波前数学表述₁₁₂₂₁₂如果已知波在t时刻的波前S，则t时刻的波前S是所有从S上各点发出的球面次波在t时刻的包络面这可以用积分形式表示，其中考虑了次波的幅度和相位惠更斯-菲涅尔原理是经过数学完善的现代形式应用实例惠更斯原理可以用来推导反射定律和折射定律，解释波的衍射和干涉现象例如，使用该原理可以计算光通过小孔或狭缝时的衍射图样在现代光学设计和分析中，惠更斯原理仍是重要的基础理论光的干涉

3.2干涉条件双缝干涉干涉类型光波干涉需满足两个基本条件1相杨氏双缝干涉实验是最经典的光干涉演根据光程差与波长的关系，干涉可分为干性参与干涉的光波必须具有稳定的示当相干光通过两个窄缝后，在远处1相长干涉当光程差为波长的整数相位关系，即相干光源；2相近振幅屏幕上形成明暗相间的干涉条纹相邻倍Δ=mλ时，形成亮条纹；2相消干为了产生明显的干涉条纹，参与干涉的亮条纹间距Δx=λL/d，其中λ是光波长，涉当光程差为波长的半整数倍光波振幅应相近实际中，通常使用分L是缝到屏幕的距离，d是两缝间距Δ=m+1/2λ时，形成暗条纹不同类波或分振幅的方法从同一光源获得相干这一实验首次有力证明了光的波动性型的干涉装置可以产生不同形态的干涉光束图样薄膜干涉

3.3等厚干涉等倾干涉应用实例等厚干涉是指光在厚度逐渐变化的薄膜等倾干涉是指光在厚度均匀的薄膜中，薄膜干涉在科学和工程中有广泛应用中产生的干涉现象典型例子包括肥皂由于入射角不同而产生的干涉现象当光学镀膜技术利用干涉原理设计抗反射泡和油膜上观察到的彩色条纹这些条平行光以不同角度入射到均匀薄膜上时，膜、高反射镜和滤光片牛顿环是检测纹是由薄膜上下表面反射的光波干涉形在无穷远处可观察到同心环状的干涉图光学表面质量的传统方法薄膜干涉也成的相邻条纹处薄膜厚度差为λ/2n，样每个环对应特定的入射角，环的级用于测量薄膜厚度和折射率等参数其中n为膜的折射率次与光程差相关迈克尔逊干涉仪

3.4基本结构迈克尔逊干涉仪由美国物理学家阿尔伯特·迈克尔逊发明，其核心组件包括光源、分束器、两面反射镜一固定，一可移动和检测器分束器将入射光分为两束，分别沿垂直方向传播后反射回来，再次经过分束器后重合产生干涉工作原理当两束光重合时，由于光程差会产生干涉光程差的变化由可移动镜的位置决定移动镜子时，干涉条纹会移动，每当镜子移动半个波长λ/2距离，干涉条纹就会移动一个完整周期通过计数条纹变化，可以精确测量极小的位移重要应用迈克尔逊干涉仪有多种重要应用1精密测量可测量波长、折射率和极小位移；2光谱分析傅立叶变换光谱仪的核心部件；3天文学用于恒星直径测量的星线干涉仪；4历史上用于著名的迈克尔逊-莫雷实验，否定了以太学说，为相对论奠定基础光的衍射

3.5衍射现象单缝衍射衍射是指光遇到障碍物边缘或通单缝衍射是最基本的衍射现象之过小孔、狭缝时偏离直线传播的一当平行光通过宽度为a的窄缝现象这一现象展示了光的波动时，在远处屏幕上形成中央明亮性质，且当障碍物或开口尺寸接条纹和两侧对称的暗条纹和次级近光的波长时尤为明显衍射可明条纹暗条纹位置满足分为菲涅尔衍射近场和夫琅禾费asinθ=mλm=±1,±2,...，中央衍射远场两种类型亮条纹宽度与缝宽成反比圆孔衍射光通过直径为D的圆孔后产生的衍射图样是中心亮斑艾里斑和周围的明暗相间环中心亮斑的角半径是θ≈

1.22λ/D这一关系决定了光学仪器的分辨率极限，是镜头和望远镜设计的重要参考光栅

3.6光栅结构光栅方程分辨率光栅是具有周期性结构的光学元光栅的基本方程是dsinθ=mλ，光栅的光谱分辨率R=λ/Δλ=mN，件，通常由大量等间距的平行狭其中d是光栅常数，θ是衍射角，其中N是光栅上狭缝总数光栅缝或反射面组成根据工作方式λ是光波长，m是衍射级次分辨率随衍射级次和光栅线数增可分为透射光栅和反射光栅光0,±1,±2,...当白光入射时，加而提高高质量光栅可以分辨栅常数d是指相邻狭缝中心间的不同波长的光被衍射到不同角度，极为接近的光谱线，是精密光谱距离，现代光栅每毫米可包含几形成光谱光栅的色散能力与光分析的关键工具百至几千条线栅常数和衍射级次有关应用领域光栅广泛应用于光谱学、激光技术和信息处理等领域光谱仪和单色仪利用光栅分离不同波长的光；光栅作为色散元件用于激光调谐；全息光栅用于信息存储和显示；衍射光栅在天文光谱学中不可或缺光的偏振

3.7自然光偏振光产生方法自然光是非偏振光，其电场矢量在垂直偏振光是指电场振动具有一定规律性的偏振光的产生方法主要有1选择性于传播方向的平面内随机变化太阳光光波根据电场矢量端点轨迹的不同，吸收如偏振片；2反射当光以布和普通灯光通常是非偏振的在自然光偏振光可分为1线偏振光电场在儒斯特角入射时，反射光为线偏振光；中，电场振动没有优先方向，各个方向固定方向振动；2圆偏振光电场端3双折射如方解石晶体；4散射的振动强度相等数学上可将自然光表点描绘圆形轨迹；3椭圆偏振光电如大气分子散射；5应力双折射如示为两束相干性很差的正交线偏振光的场端点描绘椭圆轨迹一般偏振光状态受力透明塑料这些方法在不同应用场叠加可用斯托克斯参量描述景中各有优势偏振片

3.8透过率%消光比dB偏振片是一种能将自然光转换为线偏振光的光学元件最常见的偏振片是二向色性材料，如含有微小导电分子的聚合物薄膜这些分子对垂直于其轴向的电场分量有强烈吸收，而平行于分子轴向的电场分量则能通过₀₀当两片偏振片叠加使用时，通过光强度取决于两偏振片透射轴之间的夹角θ，遵循马吕斯定律I=I cos²θ，其中I是入射到第二片偏振片的光强当θ=0°时，光强最大；当θ=90°时，理想偏振片组合将完全阻断光线，实际会有少量透射，用消光比表示第四章量子光学年11900普朗克提出量子概念解释黑体辐射问题年21905爱因斯坦提出光子理论解释光电效应年31923康普顿实验证明光子具有动量和能量年41924德布罗意提出物质波假说年51927海森堡提出不确定性原理年后61960量子光学快速发展，激光、量子纠缠、量子信息等领域取得突破量子光学是研究光与物质相互作用的量子性质的学科，是现代物理学的重要分支与传统光学不同，量子光学需要考虑光的粒子性质和量子不确定性，通过量子场论和量子力学的方法研究光的行为黑体辐射

4.1黑体是指能完全吸收所有入射电磁辐射的理想物体，同时也是理想辐射体实际中，小孔连接的空腔是最接近黑体的物理实现黑体辐射是热平衡状态下物体向外发射的电磁辐射，其辐射谱分布仅与黑体温度有关，是经典物理学无法解释的现象之一1900年，普朗克提出量子假设，成功解释了黑体辐射谱普朗克公式给出了黑体在温度T下、波长λ处的辐射能量密度⁵ₘρλ,T=8πhc/λ[1/e^hc/λkT-1]，其中h是普朗克常数，c是光速，k是玻尔兹曼常数维恩位移定律指出λT=b（常数），描述了辐射强度最大的波长与温度的关系光电效应

4.2实验现象爱因斯坦方程应用123光电效应是指金属或其他材料在光照射1905年，爱因斯坦提出光子理论，认为光电效应的应用极为广泛1光电池下发射电子的现象1887年赫兹在实验光由能量为hν的光子组成，并建立了光太阳能电池等能量转换设备；2光电传ₐₓₖₘ中首次观察到这一现象关键实验发现电效应方程hν=Φ+E，其中hν是感器如光度计、光电门等；3成像设包括1存在截止频率，低于此频率的入射光子能量，Φ是材料的逸出功，备如电视摄像管和光电倍增管；4光ₐₓₖₘ光无论强度多大都不产生光电子；2光E是光电子的最大动能此方程完谱学光电子能谱仪用于材料表面分析；电子最大动能与光强无关，仅与光频率美解释了光电效应的各项特性，证明了5夜视设备利用红外光电效应光电有关；3光电流强度与光强成正比光的粒子性，爱因斯坦因此获得1921年效应是现代光电技术的基础诺贝尔物理学奖康普顿效应

4.3发现背景康普顿效应由美国物理学家亚瑟·康普顿于1923年发现当时物理学家们对X射线散射实验结果存在分歧，经典电磁理论预测散射光波长不变，而实验观察到波长增加的现象康普顿解释了这一现象，并因此获得1927年诺贝尔物理学奖物理原理康普顿效应是指高能光子与静止或近似静止的自由电子碰撞时，光子将部分能量转移给电子，使光子波长增加的现象这一过程可用动量和能量守恒定律分ₑ析散射光子的波长变化为Δλ=h/m c1-cosθ，其中θ是散射角，这个公式被称为康普顿公式物理意义康普顿效应提供了光具有粒子性的直接证据它证明光子不仅具有能量hν，还具有动量p=h/λ，与物质粒子一样可以参与动量和能量交换的碰撞过程这一效应无法用经典电磁波理论解释，是量子理论的重要验证，巩固了光的波粒二象性认识德布罗意波

4.4波粒二象性1所有物质粒子同时具有波动和粒子属性德布罗意关系式2λ=h/p波长与动量成反比实验验证3电子衍射实验证明了电子的波动性量子力学基础4为薛定谔方程奠定了理论基础1924年，法国物理学家路易·德布罗意在其博士论文中提出了物质波假说既然光既有波动性又有粒子性，那么被认为是粒子的电子等物质是否也应具有波动性？他提出，与动量为p的粒子相关联的波长应为λ=h/p，其中h是普朗克常数这一大胆假设于1927年由戴维森和革末的电子衍射实验得到证实他们观察到电子束通过镍晶体时产生了衍射图样，与X射线衍射相似，证明了电子具有波动性德布罗意波的概念成为量子力学的基础之一，为薛定谔波动方程和海森堡不确定性原理提供了理论基础第五章激光原理激光发展历程激光特性应用领域激光的理论基础始于1917年爱因斯坦提与普通光源相比，激光具有三大特性激光应用极为广泛工业领域用于切割、出的受激辐射理论1954年，汤斯发明高度单色性频率分布窄、高度相干性焊接和标记；医疗领域用于手术、治疗了微波激射器MASER1960年，梅曼相位关系稳定和高度方向性发散角小和诊断；科研领域用于光谱分析和激光制造出第一台红宝石激光器，标志着激这些特性使激光在科研、工业、医疗和冷却；通信领域用于光纤通信；军事领光时代的开始此后，气体激光器、半通信等领域具有独特优势不同类型激域用于测距和制导；日常生活中用于激导体激光器和固体激光器等相继问世，光器的波长范围从紫外到远红外，功率光打印和条形码扫描等激光技术迅速发展从毫瓦到兆瓦级激光的基本概念

5.1受激辐射自发辐射粒子数反转受激辐射是激光产生的基本物理过程，自发辐射是指原子从高能态自发跃迁到粒子数反转是指高能态粒子数多于低能由爱因斯坦于1917年预测当处于高低能态，释放光子的过程这一过程是态粒子数的非平衡状态在热平衡状态能态的原子与能量等于能级差的光子相随机的，发射的光子方向、相位和偏振下，根据玻尔兹曼分布，低能态粒子数遇时，光子可以诱导原子跃迁至低能态，状态都不确定，产生的光缺乏相干性总是多于高能态通过外部能量输入同时发射一个与入射光子完全相同相普通光源如灯泡主要通过自发辐射发泵浦可以实现粒子数反转，这是激光同频率、相位、偏振和传播方向的光光，这与激光的受激辐射机制有本质区产生的必要条件只有在粒子数反转状子这一过程产生光的放大效应别态下，受激辐射才能超过吸收，实现光的放大激光器结构

5.2泵浦源工作物质1提供能量实现粒子数反转2产生受激辐射的活性介质输出耦合谐振腔43将腔内光部分输出形成激光束提供光反馈形成振荡泵浦源为激光器提供能量，使工作物质中的粒子从基态跃迁到激发态，实现粒子数反转泵浦方式包括光泵浦如闪光灯、其他激光器、电泵浦电₂子碰撞、放电、化学泵浦和热泵浦等不同激光器采用不同泵浦方式，如红宝石激光器使用闪光灯泵浦，CO激光器使用电泵浦工作物质是产生受激辐射的介质，可以是固体如掺杂晶体、玻璃、液体如染料溶液、气体如He-Ne混合气体或半导体材料谐振腔通常由两面高反射率镜组成，提供光的反馈，使受激辐射光在工作物质中多次往返，不断放大一面镜子的反射率略低，允许部分光束透射形成输出激光激光特性

5.310^-4方向性典型激光的发散角弧度，远小于普通光源10^-10单色性稳频激光的相对线宽Δν/ν，表明极高的频率纯度10^14相干长度高质量激光的相干长度可达数百公里米10^12功率密度聚焦激光束可达到的功率密度W/cm²单色性是指激光的频率分布极窄，即波长范围很小普通光源的光谱宽度为数十纳米，而激光的线宽可小至亚赫兹量级单色性源于受激辐射过程中光子的完全复制和谐振腔的频率选择作用高单色性使激光在光谱分析、干涉测量等领域具有独特优势相干性包括时间相干性和空间相干性时间相干性高意味着激光保持相位关系的时间长；空间相干性高表示光波在横向空间上相位关系一致激光的高相干性使其能产生清晰的干涉和衍射图样，是全息成像、光通信等技术的基础方向性使激光能够传播很远距离且能聚焦到极小区域，有利于精确加工和远距离传输常见激光器

5.4激光器类型典型波长输出功率主要应用氦氖激光器

632.8nm1-50mW光学演示、激光测距、全息₂CO激光器

10.6μm1W-50kW材料加工、医疗手术准分子激光器193-351nm1-100W眼科手术、光刻Nd:YAG激光器1064nm1W-1kW材料加工、测距、医疗半导体激光器650-1550nm1mW-10W通信、光盘读写、泵浦源染料激光器可调谐10mW-10W光谱学、科学研究光纤激光器1030-1100nm1W-100kW通信、材料加工、军事⁺₂₂气体激光器使用气体作为增益介质，包括原子激光器如He-Ne、离子激光器如Ar、分子激光器如CO和准分子激光器气体激光器光束质量高，可产生多种波长，但体积较大，效率通常不高CO激光器因其高功率和效率在工业切割、焊接领域广泛应用固体激光器通常使用掺杂了稀土离子的晶体或玻璃作为增益介质，如Nd:YAG、钛:蓝宝石和掺铒玻璃等具有结构紧凑、稳定性好的特点光纤激光器是近年发展迅速的固体激光器，具有高效率、高光束质量和散热好等优势半导体激光器体积小、效率高、寿命长，是最常用的激光器类型第六章非线性光学学科定位物理机制非线性光学是研究强光场作用下光与在弱光场下，介质的极化强度与电场物质相互作用的学科，是光学的重要成正比，遵循线性关系而在强激光分支与传统线性光学不同，非线性场中，这种关系变为非线性，极化强光学处理的是物质在强光场下的非线度可以表示为电场的幂级数₀⁽⁾⁽⁾⁽⁾性响应，如频率转换、光学开关等现P=εχ¹E+χ²E²+χ³E³⁽ⁿ⁾象非线性光学的发展始于1961年弗+...，其中χ是n阶非线性极化率兰肯等人发现倍频现象，标志着激光张量非线性响应使得输出光波包含应用的重要突破与入射光不同的频率成分应用意义非线性光学对现代光子学技术发展具有重要意义它使得可能产生新的光频率，拓展激光波长范围；实现超快光学过程，支持飞秒和阿秒技术；发展了全光信息处理技术，推动光学计算发展；为量子光学和量子信息处理提供关键工具；在生物医学成像、材料表征等领域有广泛应用非线性光学效应

6.1二阶效应三阶效应⁽⁾二阶非线性光学效应源于介质的二阶非线三阶非线性光学效应源于χ³，包括三⁽⁾性极化率χ²，主要包括倍频SHG、次谐波产生、四波混频、自相位调制、相和频SFG、差频DFG和光学参量过程等位共轭和非线性吸收等与二阶效应不同，这些效应在非中心对称的晶体如KDP、三阶效应在所有介质中都可能存在，包括₃12LiNbO中才能观察到，是频率转换和光中心对称材料和各向同性介质，如玻璃、参量放大器的基础液体和气体等热效应高阶效应⁽⁾43非线性热光学效应是指材料光学性质随温高阶非线性效应源于χ⁴及更高阶通度变化而引起的非线性现象，如热透镜效常较弱，但在特定条件下也能观察到，如应和热光折变效应等这类效应响应时间多光子吸收和高次谐波产生特别是高次较慢微秒至毫秒量级，在高功率激光系谐波可产生相干极紫外甚至X射线，在阿统中需要特别考虑，有时会限制系统性能秒脉冲产生和精密光谱学中有重要应用二次谐波产生

6.2物理过程相位匹配影响因素二次谐波产生SHG是指频率为ω高效率SHG需满足相位匹配条件SHG效率受多种因素影响晶体非₂ₒ₁的基频光通过非线性晶体后，产生k=2k因材料色散导致不同线性系数大小、相位匹配精度、入频率为2ω的倍频光的过程这一频率光的相速度不同，通常需要特射光强度、晶体长度、光束质量等过程可以理解为两个光子合并成一殊技术实现相位匹配，如角度相位在理想情况下，转换效率与入射光个能量加倍的光子在量子图像中，匹配利用双折射晶体的性质和准强度、晶体长度平方和非线性系数两个基频光子被湮灭，同时产生相位匹配通过周期性极化反转结平方成正比实际应用中，要平衡一个倍频光子，满足能量守恒和动构相位匹配决定了转换效率和考虑各因素以获得最佳效果量守恒输出光束特性应用领域SHG广泛应用于扩展激光波长范围例如，1064nm的Nd:YAG激光通过倍频可产生532nm绿光，适用于精密加工、显示和生物应用SHG还用于超快激光脉冲特性测量、量子纠缠光子对产生、材料非线性特性表征等众多领域光学参量放大

6.3基本原理光学参量放大OPA是一种重要的非线性光学过程，其中高频泵浦光子分裂为两个低频光子信ᵢᵢₚₛₚₛ号光和闲频光，同时满足能量守恒ω=ω+ω和动量守恒k=k+k与激光放大不同，OPA不需要粒子数反转，而是通过参量过程实现能量从泵浦光到信号光的转移技术实现OPA系统通常包括高功率泵浦激光、非线性晶体如BBO、LBO、PPLN等和信号种子光源相位匹配对OPA至关重要，可通过角度调节、温度控制或准相位匹配技术实现OPA可以工作在连续模式或脉冲模式，后者更为常见，特别是在超快激光系统中主要特点OPA具有多项独特优势1波长可调谐性广，可从可见到中红外区域；2保持种子光的相干特性；3可实现高增益放大；4适用于超短脉冲放大，支持飞秒/阿秒时标实验；5量子噪声低于传统激光放大器；6可通过非简并操作同时输出两个不同波长的光束实际应用OPA在多个领域有重要应用1可调谐激光光源，特别是难以直接获得的中红外波长；2超快光谱学，提供宽波长范围的飞秒脉冲；3量子光学中的纠缠光子对产生；4高功率激光系统的光参量啁啾脉冲放大OPCPA；5高灵敏度红外探测和成像自聚焦效应

6.4物理机制临界功率应用与挑战自聚焦是一种典型的三阶非线性光学效自聚焦效应存在临界功率Pcr，仅当激光自聚焦现象既是机遇也是挑战一方面，应，源于介质的光学克尔效应当高强功率超过Pcr时才会发生显著自聚焦临它可用于超连续谱产生、光纤中的孤子度激光束传播时，材料的折射率会产生界功率与材料和光波长有关传输、大气激光传输和激光诱导击穿等₀₂₀₀₂变化n=n+n I，其中n是线性折Pcr≈λ²/2πn n对于常见材料，应用；另一方面，在高功率激光系统中，₂射率，n是非线性折射率系数，I是光临界功率从百千瓦到几兆瓦不等当功自聚焦可能导致光学元件损伤，需采取₂强通常n为正值，使光束中心强度率远超Pcr时，自聚焦过程可能导致光束措施如空间滤波、啁啾脉冲放大等技术最高处折射率大于边缘，形成等效透镜，崩塌，产生等离子体通道和超连续谱来控制和避免有害自聚焦导致光束自聚焦第七章光纤光学传输容量Gbps传输距离km光纤光学是研究光在光纤中传输规律的学科，涵盖光纤的基本结构、传输特性、制造工艺和应用技术光纤通信技术始于20世纪70年代，经过几十年发展，已成为现代通信网络的基础设施，支撑着互联网和全球信息交换除通信外，光纤技术还广泛应用于传感、医疗、照明和特种光纤领域光纤传感可以测量温度、应变、振动等参数；医疗内窥镜利用光纤传输图像；光纤激光器和放大器是高功率激光系统的核心随着制造工艺和材料科学进步，光纤性能不断提升，应用领域持续拓展光纤结构

7.1纤芯包层保护层123纤芯是光纤的中心部分，是光信号主要包层是围绕纤芯的外层玻璃材料，通常保护层是覆盖在光纤包层外的聚合物涂传输的区域典型的通信光纤纤芯直径为纯二氧化硅或低掺杂度的二氧化硅覆层，通常由软性丙烯酸酯和硬性环氧为8-10μm单模或50-

62.5μm多模包层的折射率低于纤芯，这种折射率差树脂等材料组成其主要功能是保护纤₂纤芯材料通常是掺杂二氧化硅SiO，是实现全反射和光限制的基础标准通芯和包层免受机械损伤、湿气和化学腐掺杂元素如锗Ge、磷P等用于提高折信光纤的包层直径为125μm，厚度远大蚀标准通信光纤的保护层厚度约为射率纤芯的折射率分布可以是阶跃型于纤芯，以确保纤芯中传播的光模式不250μm在特殊应用场景中，可能使用或渐变型，这直接影响光的传输模式会泄漏增强型保护层如金属套管、尼龙护套等光纤传输原理

7.2全反射模式传输波导参数光纤中光的传输基于全反射原理当光光在光纤中的传播模式由麦克斯韦方程归一化频率V参数是表征光纤传输特从高折射率介质纤芯射向低折射率介和边界条件决定单模光纤只支持基本性的重要参数V=2πa/λ·NA，其中₀₁₁质包层时，如果入射角大于临界角模式LP传输，具有较小的纤芯直a是纤芯半径，λ是波长，NA=√n²-₂₁₂θc=arcsinn/n，光会完全反射回径约8-10μm和低折射率差多模光n²是数值孔径当V

2.405时，光纤高折射率介质光纤中的光通过在纤芯纤支持多种模式同时传输，纤芯直径较为单模；V

2.405时，支持多个模式-包层界面的连续全反射实现长距离传大50-

62.5μm不同模式的传播常数V参数还决定了模场分布、模式截止和输纤芯和包层的折射率差Δn通常很不同，导致模式间延时差，即模式色散弯曲损耗等特性光纤的数值孔径NA小约

0.2%-2%，使得临界角接近90°渐变折射率设计可有效减少模式色散表征其收集光的能力，也与最大接受角相关光纤损耗

7.3吸收损耗主要包括材料本征吸收和杂质吸收本征吸收源于二氧化硅的分子振动，在红外区域

1.6μm表现为强烈吸收；杂质吸⁻⁻收主要来自OH离子形成吸收峰在

1.38μm附近和过渡金属离子现代制造工艺已将OH含量控制在极低水平，大幅降低吸收损耗散射损耗是现代光纤中的主要损耗，包括瑞利散射和米氏散射瑞利散射源于玻璃中亚微米级的密度和组成波动，与波长的四次⁻方成反比∝λ⁴米氏散射源于光纤制造过程中的缺陷和不均匀性弯曲损耗分为宏观弯曲和微观弯曲，前者由光纤物理弯曲引起，后者由光纤受压或结构微扰引起光纤色散

7.4材料色散1材料色散源于光纤材料主要是二氧化硅折射率随波长变化的特性不同波长的光在同一介质中传播速度不同，导致脉冲展宽在标准单模光纤中，材料色散在

1.3μm以下为负值短波长传播慢，在

1.3μm以上为正值材料色散系数D_mat通常以ps/nm·km表示波导色散2波导色散源于光纤的几何结构即使材料折射率不随波长变化，光的模场分布也会随波长变化，导致有效折射率和群速度变化在单模光纤中，波导色散通常为负值，可用于补偿正的材料色散通过设计纤芯直径和折射率差，可调节波导色散，实现色散管理模式色散3模式色散存在于多模光纤中，是由不同模式的传播速度差异引起的高阶模式光路更长，传播时间更长，导致接收端脉冲展宽渐变折射率光纤通过使边缘光线高阶模式在低折射率区域传播速度更快，大幅减小模式色散模式色散限制了多模光纤的带宽距离积偏振模色散4偏振模色散PMD是单模光纤中由于纤芯微小不圆或非均匀应力导致的双折射效应，使两个正交偏振模式传播速度不同PMD随光纤长度的平方根增长，单位为ps/√km在高速长距离传输系统中，PMD成为限制因素，需要特殊补偿技术光纤通信系统

7.5发射端发射端的核心组件是光源，通常采用半导体激光器LD或发光二极管LED激光器具有窄谱线宽、高调制带宽和高输出功率，适用于高速长距离传输；LED成本低但性能有限，适用于短距离低速系统调制方式包括直接调制通过改变激光器电流和外部调制如马赫-曾德尔调制器传输介质传输介质主要是各类光纤，包括标准单模光纤G.

652、非零色散位移光纤G.

655、低损耗大有效面积光纤G.654等长距离系统中需要光放大器如掺铒光纤放大器EDFA定期放大信号，避免电-光-电转换色散补偿模块用于管理累积色散，确保信号质量接收端接收端的核心是光检测器，常用的有PIN光电二极管和雪崩光电二极管APD前者结构简单但灵敏度有限，后者具有内部增益但噪声较大接收端还包括跨阻放大器、时钟恢复电路和判决电路等高速系统中还需要前向纠错FEC、电色散补偿和数字信号处理技术来提高接收性能第八章光学成像成像基本原理成像系统分类12光学成像是利用光学系统将物体的光学成像系统种类繁多，按工作原光信息转换为像的过程根据几何理可分为折射型如照相机镜头、光学和波动光学理论，成像系统可反射型如天文望远镜和折反射型以收集和重新分布来自物体的光，如卡塞格林望远镜按应用领域形成物体的光学表示理想成像系可分为显微成像、远距离成像、统应该能够精确重现物体的强度分医学成像和特殊成像如红外、紫布和相位信息，但实际系统都存在外和X射线成像等每类系统有特各种像差和衍射限制定的设计考量和性能指标成像质量评价3评价成像系统质量的指标包括分辨率能够分辨的最小细节、对比度明暗差异的表现能力、调制传递函数MTF空间频率响应、像差波像差和几何像差、景深清晰成像的深度范围和信噪比等这些指标从不同角度反映系统性能，在设计和评估中需综合考虑像差

8.1球差色差像散与场曲球差是最基本的单色像差，源于球面对色差是由材料折射率随波长变化导致的像散是指离轴光束中不同方向的光线会不同孔径光线的不同聚焦作用靠近光分为轴向色差不同波长在光轴上成像位聚在不同位置，导致点像变成线或椭圆轴的轴上光线和边缘光线会聚焦在不同置不同和横向色差不同波长像点在成像场曲是指理想成像平面实际上是一个曲位置，导致像点变成弥散斑球差大小平面的放大率不同校正方法通常是采面而非平面，使得中心和边缘不能同时与镜头口径的三次方成正比，是高孔径用不同色散特性的材料组合设计消色差清晰聚焦这两种像差在宽视场系统中系统的主要限制因素校正方法包括使系统，如常见的复消色差透镜组合使用特别明显，常通过增加透镜组元和采用用非球面表面、多组元设计和减小孔径正透镜低色散和负透镜高色散特殊光学设计来校正等分辨率

8.2瑞利判据阿贝极限衍射极限瑞利判据是评估光学系统分辨率的经典阿贝极限是描述显微系统分辨率的理论，衍射极限是指由光的波动性质决定的成标准，由Lord Rayleigh提出它指出由Ernst Abbe提出它指出显微镜的分像系统理论最高分辨率完美光学系统当两个点光源的衍射图样的中心峰与第辨极限为d=λ/2n·sinα=λ/2NA，的点扩散函数PSF是艾里斑，其半径一个暗环重合时，这两个点光源刚好能其中n是浸没介质的折射率，α是物镜为r=

0.61λ/NA超衍射极限技术如结被分辨数学表达为θ_min=

1.22λ/D，的半角口径，NA=n·sinα是数值孔径构光照明SIM、受激发射损耗STED其中θ_min是最小可分辨角，λ是波长，这一表达式说明，提高分辨率可以通过和光激活定位显微镜PALM等可通过D是孔径直径线性分辨率δ=

1.22λF/D，减小波长、增加折射率或增大数值孔径特殊方法突破这一限制，达到纳米级分其中F是焦距来实现辨率

8.3MTF空间频率线对/mm衍射极限实际光学系统调制传递函数MTF是评价光学系统成像质量的重要工具，它描述系统传递不同空间频率的能力MTF是输出图像对比度与输入物体对比度的比值，作为空间频率的函数表示MTF值范围从0到1，值越高表示系统性能越好衍射极限系统的MTF可理论计算，实际系统MTF会因像差等因素降低MTF测量方法包括使用标准测试图如USAF-1951分辨率测试卡、狭缝扫描法、点扩散函数PSF测量法和干涉测量法等现代光学设计软件可预测系统MTF，帮助设计师优化性能MTF不仅用于评价光学系统，还用于评估成像传感器、显示器和整个成像链的性能光学系统设计

8.4初步设计需求分析2确定基本光学结构1明确设计目标和规格参数优化3使用软件进行性能优化原型测试5容差分析验证实际性能与理论一致性4评估制造误差敏感性光学系统设计始于明确的需求分析，包括工作波长、视场、孔径、分辨率、体积限制和成本等设计者需选择适合的系统类型折射、反射或折反射系统初步设计常从经典结构如双高斯、特里普莱特或库克三胞出发，确定焦距、孔径和视场等参数现代光学设计主要依赖计算机辅助设计软件，如Zemax、CODE V和OSLO等这些软件提供光线追迹、优化算法和评价工具设计流程包括建立初始模型，定义评价函数，进行参数优化，分析系统性能MTF、像差等，进行容差分析，最后输出制造文档好的设计需平衡性能、成本、体积和制造难度第九章光学测量精密测量测量原理技术发展光学测量利用光的特性进行高精光学测量基于多种物理原理，包现代光学测量技术与计算机科学、度测量，可达到纳米甚至皮米级括干涉利用相干光的干涉图样、电子技术和材料科学紧密结合精度与传统机械测量相比，光衍射利用光通过结构的衍射图激光器、高速相机、光电探测器学测量具有非接触、快速、高精样、偏振利用光偏振状态变化、和数字图像处理技术的进步极大度等优势典型应用包括长度计散射分析散射光特性和光谱分推动了光学测量的发展新兴技量、形貌测量、振动分析和应力析分析光的频率组成等不同术如光学相干层析OCT、数字分析等，广泛用于科学研究、工原理适用于不同测量对象和精度全息和结构光三维重建等拓展了业生产和质量控制领域要求应用领域应用领域光学测量广泛应用于材料科学表面形貌、应力分析、机械工程尺寸检测、振动分析、电子工业芯片制造、电路检测、医学生物组织成像、眼科检查和环境监测大气污染、水质检测等众多领域干涉测量

9.1长度测量表面形貌测量光学干涉是实现高精度长度测量的重干涉测量是表面形貌分析的强大工具要方法激光干涉仪利用激光的高相典型系统如Fizeau干涉仪、Twyman-干性，通过计数干涉条纹变化来测量Green干涉仪和白光干涉仪等这些位移，精度可达纳米级现代激光干系统通过分析表面反射光与参考面反涉仪多采用迈克尔逊干涉结构，结合射光的干涉图样，可测量表面轮廓相位检测技术，可实现亚纳米分辨率白光干涉技术利用低相干干涉原理，在精密机械加工、坐标测量机和半导在表面粗糙度和微小缺陷检测中有独体制造等领域广泛应用特优势，垂直分辨率可达纳米级波前测量波前测量是评估光学系统质量的重要手段Shack-Hartmann波前传感器和干涉波前分析仪可测量光波的相位分布，揭示波像差这对高质量光学元件制造、自适应光学系统和激光束质量评估至关重要波前测量常用Zernike多项式分解表示波前偏差，便于分析各类像差成分偏振测量

9.2应力测量利用应力光弹性效应，当透明材料受外力作用时会产生双折射现象，偏振光通过材料后会发生相位延迟使用偏振光源和偏振分析器可观察到彩色条纹图案，通过分析这些条纹可定量测量材料内部应力分布这一技术广泛应用于结构力学分析、玻璃制品应力检测和光学元件应力分析旋光测量基于某些物质如糖使偏振光旋转的特性旋光仪通过测量偏振面旋转角来确定溶液浓度，是食品工业糖度测量和药物纯度分析的常用方法椭偏测量是分析偏振光反射后状态变化的技术，可精确测量薄膜厚度和光学常数，在半导体、光学镀膜和材料表征领域有重要应用光谱测量

9.3200紫外可见光谱范围-纳米，紫外-可见光谱仪工作范围

0.01高端光谱仪分辨率纳米，可区分极为接近的光谱线106光谱分析动态范围可测量强度比，从最弱到最强信号

0.5扫描速度秒/扫描，现代高速光谱仪性能分光计是用于精确测量光谱特性的仪器，基本结构包括:入射狭缝、准直系统、色散元件棱镜或光栅、聚焦系统和检测器根据色散元件不同,分为棱镜分光计和光栅分光计光栅分光计线色散率高,分辨本领大,广泛用于精密光谱分析现代分光计多使用CCD阵列探测器,可同时获取整个光谱图像光谱仪是光谱分析的核心仪器,类型包括吸收光谱仪、发射光谱仪、荧光光谱仪和拉曼光谱仪等根据工作波段分为紫外-可见光谱仪、红外光谱仪等现代光谱仪特点是高度自动化、计算机控制和数据处理在材料分析、化学成分鉴定、环境监测和生物医学研究等领域有广泛应用傅立叶变换光谱技术已成为高分辨率光谱分析的主流方法光学全息

9.4原理基础1光学全息是一种记录和重建物体完整波前振幅和相位的技术，由Dennis Gabor于1948年提出全息摄影过程中，参考光与物体反射光在全息记录介质上干涉，形成干涉条纹记录物体的完整光场信息重建时，仅用参考光照射全息图，通过衍射可重现原始物体的三维图像记录技术2传统光学全息使用高分辨率摄影乳剂记录干涉条纹现代技术包括光敏聚合物全息高效率、耐用、动态全息介质如光折变晶体和数字全息技术用CCD/CMOS传感器记录，计算机处理和重建脉冲激光全息技术允许记录快速运动物体，如爆炸和冲击波应用领域3全息技术应用广泛1安全防伪，如信用卡、钞票的全息标签；2光学元件，如全息光栅和衍射光学元件；3全息显示，创造真三维视觉体验；4全息干涉测量，用于无损检测和振动分析；5信息存储，全息数据存储有潜力实现TB级容量；6艺术创作，全息艺术作品呈现独特视觉效果第十章现代光学应用医疗领域信息技术工业制造光学技术革命性地改变了医疗实践激光手现代信息社会的基础设施严重依赖光学技术光学技术在现代制造业中不可或缺激光加术提供精确切割和凝血能力，广泛用于眼科、光纤通信是互联网的骨干，支持高速大容量工切割、焊接、钻孔、标记具有高精度、皮肤科和微创手术光学相干断层扫描数据传输光存储技术CD/DVD/蓝光推动无接触、易自动化优势3D打印技术中的OCT技术能无创成像组织内部结构，分辨了数字媒体革命光学传感器和成像系统是光聚合和选择性激光烧结技术制造复杂结构率达微米级荧光显微镜和共聚焦显微镜使智能手机、安全系统和自动驾驶的核心组件光学检测系统用于质量控制和缺陷识别光活体细胞和组织的实时观察成为可能光动量子光学为量子计算和量子密码学提供了物学计量技术保证了纳米级制造精度力疗法利用光敏剂和特定波长光线治疗癌症理平台光通信

10.1传输速率Gbps传输距离km光纤通信是现代通信基础设施的核心，利用光纤传输调制光信号关键技术包括1光源和调制器，如直接调制半导体激光器和外部调制器；2光纤传输系统，包括单模光纤、光放大器和色散补偿；3光接收器，如PIN光电二极管和雪崩光电二极管波分复用WDM技术在单根光纤中同时传输多个波长通道，极大提高系统容量自由空间光通信是通过大气或真空传输激光信号的技术它具有带宽高、不需铺设光缆、难以截获等优势，但受天气和大气湍流影响应用包括建筑物间短距离高速链路、卫星间通信、地面与卫星通信等先进技术如自适应光学和量子通信正提高系统可靠性和安全性，拓展应用场景光存储

10.2技术蓝光存储未来发展CD/DVD光盘存储技术始于20世纪80年代的蓝光光盘Blu-ray Disc采用405nm蓝光存储技术未来发展方向包括1全CD紧凑光盘CD使用780nm红外激紫激光，波长更短使聚焦光斑更小，实息存储利用整个介质体积记录数据，光读取

1.2mm深的凹坑，数据容量约现更高密度记录单层蓝光容量为理论容量可达TB级；2近场记录突700MBDVD数字多功能光盘采用25GB，双层可达50GB，多层技术可实破衍射极限，使用近场光学技术提高密650nm红光激光和更精细的凹坑结构，现100GB以上蓝光技术不仅用于影音度；3光学相变存储利用材料的光容量达

4.7GB-17GBCD/DVD工作原娱乐，也用于数据归档和备份蓝光超致相变特性，如GE-SB-TE合金；4三理是激光束聚焦到反射层，凹坑和平台高清格式Ultra HDBlu-ray支持4K/8K维光学存储在多层或体积材料中存储产生不同反射，由光电探测器检测反射分辨率、高动态范围和广色域，提供极数据，大幅提高容量这些技术将为大强度变化，转换为数字信号佳视听体验数据时代提供高容量、长寿命的存储解决方案光显示

10.3技术OLED1自发光、无需背光、柔性显示量子点显示2高色彩饱和度、宽色域技术LCD3成熟稳定、成本优势激光投影4高亮度、广色域微显示技术5AR/VR应用LCD液晶显示技术是当今主流显示技术，工作原理是利用液晶分子在电场作用下改变偏振光方向的特性基本结构包括背光源、偏振片、液晶层和彩色滤光片LCD发展经历了TN、IPS和VA等技术演进，不断提高视角、对比度和响应时间现代LCD技术如量子点背光和Mini-LED背光大幅提升了显示性能OLED有机发光二极管显示是近年发展迅速的技术，利用有机材料在电流作用下发光的特性主要优势包括自发光无需背光、高对比度、快速响应、宽视角和柔性可弯曲等目前广泛应用于高端智能手机、电视和可穿戴设备未来显示技术还包括Micro-LED高亮度、耐用、全息显示真三维和电子墨水显示低功耗等，将满足不同场景需求课程总结知识回顾能力培养12本课程系统介绍了光学的基本概念和通过本课程的学习，学生应具备以下原理，从经典几何光学到现代量子光关键能力光学现象的分析能力，光学，从基础理论到前沿应用我们学学系统的设计能力，光学实验的操作习了光的传播规律、成像原理、干涉能力，以及将光学原理应用于解决实与衍射现象、激光原理和非线性光学际问题的能力这些能力不仅对从事等内容这些知识构成了完整的光学光学专业工作有价值，也是培养科学理论体系，有助于理解光与物质相互思维和工程素养的重要环节作用的本质，为光学技术应用奠定基础发展展望3光学作为物理学的重要分支，正经历着前所未有的发展量子光学、超快光学、纳米光学和生物光子学等新兴领域不断涌现光学技术在通信、信息处理、能源、医疗和制造等领域发挥着越来越重要的作用未来光学将继续与其他学科深度融合，催生新的科学发现和技术突破。