光学系统中的光能损失.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，而所损失能量中大局部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，光束在光学零件外表的反射；

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外表反射回到像平面上，使像平面形成一个亮的背景，降低了像平面的比照，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外表来说，有如下的关系式：;此时不考虑吸收损失，那么从第一外表折射的光通量Φ1`，便是第二外表入射光通量Φ2，即：

因此对第二外表应用与第一个外表相同的分析方法有：;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。以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外表镀反射膜，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局部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外表反射，镀银反射镜用于光学零件内外表反射。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外表13个，火石玻璃与空气接触外表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：;;