光學(xué)原理及應(yīng)用

1、光學(xué)的基本原理及應(yīng)用 人類很早就開始了對(duì)光的觀察研究，逐漸積累了豐富的知識(shí)。遠(yuǎn)在2400多年前，我國(guó)的墨翟(公元前468前376)及其弟子們所著的墨經(jīng)一書，就記載了光的直線傳播、影的形成、光的反射、平面鏡和球面鏡成像等現(xiàn)象，可以說(shuō)是世界上最早的光學(xué)著作。現(xiàn)在，光學(xué)已成為物理學(xué)的一個(gè)重要分支，并在實(shí)際中有廣泛應(yīng)用光學(xué)既是物理學(xué)中一門古老的基礎(chǔ)學(xué)科，又是現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域中最活躍的前沿科學(xué)之一，具有強(qiáng)大的生命力和不可估量的發(fā)展前景。按研究目的的不同，光學(xué)知識(shí)可以粗略地分為兩大類一類利用光線的概念研究光的傳播規(guī)律，但不研究光的本質(zhì)屬性，這類光學(xué)稱為幾何光學(xué)；另一類主要研究光的本性(包括光的波動(dòng)性和粒子性)

2、以及光和物質(zhì)的相互作用規(guī)律，通常稱為物理光學(xué)。一、光學(xué)現(xiàn)象原理光的傳播速度很快，地球上的光源發(fā)出的光，到達(dá)我們眼睛所用的時(shí)間很短，根本無(wú)法覺察，所以歷史上很長(zhǎng)一段時(shí)間里，大家都認(rèn)為光的傳播是不需要時(shí)間的直到17世紀(jì)，人們才認(rèn)識(shí)到光是以有限的速度傳播的。光速是物理學(xué)中一個(gè)非常重要的基本常量，科學(xué)家們一直努力更精確地測(cè)定光速目前認(rèn)為真空中光速的最可靠的值為c299 792 458 m/s在通常的計(jì)算中可取c3.00×108m/s玻璃、水、空氣等各種物質(zhì)中的光速都比真空中的光速?。ㄒ唬┲本€傳播光能夠在空氣、水、玻璃透明物質(zhì)中傳播，這些物質(zhì)叫做介質(zhì)在小學(xué)自然和初中物理中我們已經(jīng)學(xué)過(guò)，光在一種

3、均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的自然界的許多現(xiàn)象，如影、日食、月食、小孔成像等，都是光沿直線傳播產(chǎn)生的由于光沿直線傳播，因此可以沿光的傳播方向作直線，并在直線上標(biāo)出箭頭，表示光的傳播方向，這樣的直線叫做光線。物理學(xué)中常常用光線表示光的傳播方向。有的光源，例如白熾燈泡，它發(fā)出的光是向四面八方傳播的；但是有的光源，例如激光器，它產(chǎn)生的光束可以射得很遠(yuǎn)，寬度卻沒(méi)有明顯的增加在每束激光中都可以作出許多條光線，這些光線互相平行，所以叫做平行光線做簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，太陽(yáng)光線也可以看做平行光線（二）反射與折射陽(yáng)光能夠照亮水中的魚和水草，同時(shí)我們也能通過(guò)水面看到烈日的倒影；這說(shuō)明光從空氣射到水面時(shí)，一部分光射進(jìn)水中，另

4、一部分光被反射，回到空氣中一般說(shuō)來(lái)，光從一種介質(zhì)射到它和另一種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分光又回到這種介質(zhì)中的現(xiàn)象叫做光的反射；而斜著射向界面的光進(jìn)入第二種介質(zhì)的現(xiàn)象，叫做光的折射。光的反射定律 實(shí)驗(yàn)表明，光的反射遵循以下規(guī)律(圖188)：過(guò)入射光線和界面的交點(diǎn)作界面的垂線ON，這條垂線就是法線i是入射角，r是反射角(1)反射光線和入射光線、界面的法線在同一個(gè)平面內(nèi)，反射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)；(2)反射角等于入射角這就是我們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò)的光的反射定律由于反射角跟入射角總是相等的，所以如果使光線逆著原來(lái)的反射光線入射到兩種介質(zhì)的界面上，反射后會(huì)沿著原來(lái)的入射光線射出這表明，在反射現(xiàn)象中光路是

5、可逆的(簡(jiǎn)介鏡面反射及漫反射)光的折射定律 在圖1810中，折射光線和法線的夾角r叫做折射角；入射光線和法線的夾角i叫做入射角如果一種介質(zhì)對(duì)光的吸收能力不強(qiáng)，光能夠穿過(guò)，我們就說(shuō)這種介質(zhì)是“透明”的，否則就是不透明的從實(shí)驗(yàn)可以看到，光從空氣射入水中時(shí)折射角小于入射角，那么，一般情況下，折射角和入射角有什么數(shù)量關(guān)系？在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，許多科學(xué)家作了多方面的嘗試，直到1621年才由荷蘭科學(xué)家斯涅耳(15801626)發(fā)現(xiàn)，入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一個(gè)常量我們?cè)诔踔幸呀?jīng)學(xué)過(guò)折射光線、入射光線和法線的位置關(guān)系(圖1810)，結(jié)合斯涅耳的發(fā)現(xiàn)，光的折射定律可以這樣表示：(1)折射光線跟入射光線

6、和界面的法線在同一個(gè)平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線的兩側(cè)；(2)入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一個(gè)常量，即(1)在折射現(xiàn)象中，光路也是可逆的這就是說(shuō)，在圖1810中，如果讓光線逆著折射光線從玻璃射向界面，折射光線也會(huì)逆著入射光線射入空氣折射率 折射定律告訴我們，光從一種介質(zhì)射入另一種介質(zhì)時(shí)，盡管折射角的大小隨著入射角的大小在變化，但是兩個(gè)角的正弦之比是個(gè)常量，對(duì)于水、玻璃等各種介質(zhì)都是這樣但是，對(duì)于不同介質(zhì)，比值n的大小并不相同，例如，光從空氣射入水時(shí)這個(gè)比值為1.33，從空氣射入普通的窗玻璃時(shí)，比值約為1.5因此，常量n是一個(gè)能夠反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量，我們把它叫做介質(zhì)的折射率

7、光以什么角度通過(guò)兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，傳播方向不會(huì)變化？光在不同介質(zhì)中的傳播速度不同理論研究證明：某種介質(zhì)的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在這種介質(zhì)中的速度v之比，即(2)根據(jù)光路可逆的道理，光從介質(zhì)射入真空時(shí)，入射角和折射角的大小有什么關(guān)系？由于光在真空中的速度c大于光在任何介質(zhì)中的速度v，從(2)式可以看出，任何介質(zhì)的折射率n都大于1于是又從(1)式看出，光從真空射入介質(zhì)時(shí)，總有sin isin r，即入射角大于折射角光在真空中的速度跟在空氣中的速度相差很小，可以認(rèn)為光從空氣射入某種介質(zhì)時(shí)的折射率就是那種介質(zhì)的折射率下表列出了幾種介質(zhì)的折射率全反射 不同介質(zhì)的折射率不同，我們把折射率小的

8、介質(zhì)叫做光疏介質(zhì)，折射率大的介質(zhì)叫做光密介質(zhì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)是相對(duì)的，例如水、水晶和金剛石三種物質(zhì)相比較，水晶對(duì)水來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)，對(duì)金剛石來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)(例如由空氣射入玻璃)，折射角小于入射角，光線由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)(例如由玻璃射入空氣)，折射角大于入射角，如圖1815既然光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)折射角大于入射角，由此可以預(yù)料，當(dāng)入射角增大到一定程度時(shí)，折射角就會(huì)十分接近90°，這時(shí)折射光幾乎沿著平行于界面的方向傳播如果入射角再增大，會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？圖1816中的電筒以不同的角度從水下把光射向水面，這個(gè)過(guò)程生動(dòng)地表現(xiàn)了我們的推測(cè)可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這

9、個(gè)推測(cè)如圖1817，讓光透過(guò)玻璃射到玻璃磚的平直的邊上，可以看到一部分光通過(guò)這條邊折射到空氣中，另一部分光反射回玻璃磚內(nèi)逐漸增大入射角，會(huì)看到折射光線離法線越來(lái)越遠(yuǎn)，而且亮度越來(lái)越弱，反射光線卻越來(lái)越強(qiáng)當(dāng)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到90°時(shí)折射光線完全消失，只剩下反射光線這種現(xiàn)象叫做全反射臨界角 上面的實(shí)驗(yàn)中，在入射角增大的過(guò)程中，剛剛能夠發(fā)生全反射時(shí)的入射角，叫做全反射的臨界角，這時(shí)的折射角等于90°不同的介質(zhì)，由于折射率不同，在空氣中發(fā)生全反射的臨界角是不一樣的下面我們計(jì)算折射率為n的介質(zhì)在空氣中發(fā)生全反射的臨界角C計(jì)算之前先想一想，光線分別從水和玻璃射入空氣，哪

10、種情況的臨界角比較大？光從空氣中以入射角i射到折射率為n的介質(zhì)的界面上時(shí)，折射角為r(圖1818甲)，這三個(gè)物理量的關(guān)系可以用下式表示：根據(jù)光路可逆的道理，如果光線在介質(zhì)中逆著折射光線射向界面，光線在空氣中會(huì)逆著原來(lái)的入射光線射出，這時(shí)r和i就分別表示入射角和折射角了(圖1818乙)假設(shè)這時(shí)入射角恰好為臨界角C，則空氣中的折射角為90°(圖1818丙)，再考慮到sin 90°=1，上式就可以寫成于是解出可以看出，介質(zhì)的折射率越大，全反射的臨界角越小從折射率表中查出物質(zhì)的折射率，就可以用上式求出光從這種介質(zhì)射到空氣時(shí)發(fā)生全反射的臨界角水的臨界角為48.7°，各種玻璃

11、的臨界角為32°42°，金剛石的臨界角為24.5°全反射是自然界中常見的現(xiàn)象例如，水中或玻璃中的氣泡，看起來(lái)特別明亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，一部分光在界面上發(fā)生了全反射橫截面為等腰直角三角形的玻璃棱柱(圖1819)常常代替平面鏡用在光學(xué)儀器中如圖1820甲，在玻璃內(nèi)部，光線射到等腰直角三角形的底邊時(shí)，入射角為45°，而玻璃在空氣中的臨界角為32°42°，入射角大于臨界角，全部光線被反射這種棱鏡叫做全反射棱鏡在它的兩個(gè)直角邊上也能發(fā)生全反射，如圖1820乙望遠(yuǎn)鏡為了獲得較大的放大倍數(shù)，鏡筒需要做得很長(zhǎng)，使用全反射棱鏡能夠縮短鏡

12、筒的長(zhǎng)度(圖1821)家用平面鏡為了保護(hù)反光用的金屬鍍層，把金屬物質(zhì)鍍?cè)阽R子的背面這樣，前面玻璃和空氣的界面所反射的光線會(huì)干擾金屬鍍層所成的像，所以光學(xué)儀器中的平面鏡總把金屬層鍍?cè)诓ＡЩ蚱渌矫娌牧系那懊?，但是這樣就免不了發(fā)生銹蝕，降低反射能力全反射棱鏡沒(méi)有這樣的問(wèn)題，反射效率很高，而且因?yàn)闆](méi)有金屬鍍層，制作工藝簡(jiǎn)單光導(dǎo)纖維 同學(xué)們可能早就聽說(shuō)過(guò)“光纖通信”這個(gè)術(shù)語(yǔ)了光纖通信就用到了全反射的知識(shí)光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱，它是一種非常細(xì)的玻璃絲，直徑只有幾微米到一百微米，而且分為內(nèi)芯和薄薄的外套兩部分(圖1822)內(nèi)芯的折射率比外套大，因此光在內(nèi)芯中傳播時(shí)會(huì)在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射光波實(shí)際上也

13、是一種電磁波，它像無(wú)線電波那樣也能用來(lái)傳遞信息載有話音、圖像及各種數(shù)字信號(hào)的激光從光纖的一端輸入，就可以沿光纖傳到千里以外的另一端，實(shí)現(xiàn)光纖通信光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)傳送大量信息，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的電話機(jī)可以使用同一條光纖進(jìn)行通話而不互相干擾我國(guó)目前已經(jīng)在省會(huì)城市間基本建成全國(guó)性的光纖通信網(wǎng)北京有線電視臺(tái)則于1999年在北京全市范圍內(nèi)鋪設(shè)了有線電視光纜把一束玻璃纖維的兩端按相同規(guī)律排列，具有不同亮暗和色彩的圖像就能從一端傳到另一端(圖1823)用玻璃纖維也可以制成內(nèi)窺鏡，用來(lái)檢查人體胃、腸、氣管等內(nèi)臟的內(nèi)部實(shí)際的內(nèi)窺鏡裝有兩組光纖，一組用來(lái)把光輸送到人體內(nèi)部，另一組用來(lái)進(jìn)行觀察(圖1824)（三）

14、色散太陽(yáng)、日光燈等發(fā)出的光，沒(méi)有特定的顏色，叫做白光如圖1828，讓白光通過(guò)狹縫形成扁扁的一條光束，射到棱鏡，受到偏折后照到屏上，我們預(yù)期可以看到一個(gè)跟狹縫寬窄相同的白色亮線但是實(shí)際上卻出現(xiàn)了許多具有不同顏色的亮線，它們互相連接，形成一條彩色亮帶這條亮帶叫做光譜(彩圖10)這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了兩個(gè)問(wèn)題：第一，白光實(shí)際上是由各種單色光組成的復(fù)色光；第二，不同的單色光通過(guò)棱鏡時(shí)的偏折程度不同，這表明棱鏡材料對(duì)不同色光的折射率不同，也就是說(shuō)，不同顏色的光在同一種介質(zhì)中的傳播速度不一樣由于實(shí)驗(yàn)中紅光偏折的程度最小，紫光偏折的程度最大，所以，在同種介質(zhì)中，按照紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫的順序從紅光到紫光，傳播

15、速度一個(gè)比一個(gè)小如果用厚度可以不計(jì)的薄玻璃制作一個(gè)密封的空心“棱鏡”，把它放到水里，經(jīng)過(guò)棱鏡的光線向哪個(gè)方向偏折？畫出圖來(lái)試試看不要忘記，根據(jù)139頁(yè)的(2)式，折射率越大的物質(zhì)，其中的光速越小一般說(shuō)來(lái)，復(fù)色光分解成單色光的現(xiàn)象，叫做色散二、光學(xué)元件（一）平面鏡（二）棱鏡棱鏡時(shí)透明材料做成的多面體。在光學(xué)儀器中應(yīng)用很廣。棱鏡按其性質(zhì)和用于可分為若干種。例如：在光譜儀器中把復(fù)合光分解為光譜的色散棱鏡，較常用的是等邊三棱鏡；在潛望鏡、雙目望遠(yuǎn)鏡等儀器中改變光的進(jìn)行方向，從而調(diào)整其成像位置的全反射棱鏡，一般采用直角棱鏡。光線在射入棱鏡和射出棱鏡時(shí)經(jīng)過(guò)兩次折射從圖中可以看出，由于光線射入棱鏡時(shí)是從光疏

16、介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，所以光線向法線靠近，光線射出棱鏡時(shí)正好相反，遠(yuǎn)離法線這樣我們就可以得出一個(gè)結(jié)論：光線從棱鏡的一個(gè)邊射入，從另一個(gè)邊射出時(shí)，射出的光線偏向棱鏡的底邊因?yàn)檎凵渎试酱蟮奈镔|(zhì)對(duì)光線的偏折作用越大，所以當(dāng)入射角一定時(shí)，棱鏡材料對(duì)光的折射率越大，光線偏折的程度就越大（三）透鏡1.凸透鏡凸透鏡是中央較厚、邊緣較薄的透鏡，根據(jù)光的折射原理制成的，因其有會(huì)聚作用，故又稱為聚光透鏡。凸透鏡是分為雙凸、平凸和凹凸等形式。凸透鏡在鏡的兩側(cè)各有一個(gè)實(shí)焦點(diǎn)，如為薄透鏡時(shí)，此兩焦點(diǎn)至透鏡中心的距離大致相等。凸透鏡可用于放大鏡、老花眼及遠(yuǎn)視的人戴的眼鏡、攝影機(jī)、電影放映機(jī)、幻燈機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡的透鏡等。成

17、像原理：物體放在焦點(diǎn)之外，在凸透鏡另一側(cè)成倒立的實(shí)像，實(shí)像有縮小、等大、放大三種。物距越小，像距越大，實(shí)像越大。物體放在焦點(diǎn)之內(nèi)，在凸透鏡另一側(cè)成正立放大的虛像。物距越大，像距越大，虛像越大。在焦點(diǎn)上時(shí)不會(huì)成像。在2倍焦距上時(shí)會(huì)成等大倒立的實(shí)像。2.凹透鏡凹透鏡是中央薄、周邊厚的透鏡，又稱為負(fù)球透鏡，對(duì)光有發(fā)散作用。平行光線通過(guò)凹透鏡發(fā)生偏折后，光線發(fā)散，稱為發(fā)散光線，不可能形成實(shí)焦點(diǎn)，沿著散開光線的反向延長(zhǎng)線，在投射光線的同一側(cè)交于F點(diǎn)，形成一個(gè)虛焦點(diǎn)。凹透鏡分為雙凹、平凹及凸凹透鏡三種。其兩面曲率中心之連線稱為光軸，其中央之點(diǎn)稱為光心。凹透鏡在兩側(cè)各有一個(gè)虛焦點(diǎn)，透鏡的曲率半徑越大其焦距越

18、長(zhǎng)。凹透鏡對(duì)實(shí)物所成的像總是小于物體的、直立的虛像，凹透鏡主要用于矯正近視眼。（四）球面鏡根據(jù)光反射制成的拋物面形的光學(xué)器件，一面是拋物面而另一面不透明的鏡體，分為凸鏡和凹鏡。1.凹鏡又叫凹面鏡（一面是凹面而另一面不透明的鏡體）。它可以匯聚平行光線于焦點(diǎn)外，類似于凸透鏡，能夠成像，在天文望遠(yuǎn)鏡中運(yùn)用較多，目前國(guó)際大型望遠(yuǎn)鏡全是凹面鏡反射型望遠(yuǎn)鏡；從焦點(diǎn)處發(fā)出光線可平行射出（比如：手電筒的凹面反光罩），大型的警報(bào)燈反光設(shè)備都是凹鏡。成像規(guī)律：當(dāng)物距小于焦距時(shí)成正立、放大的虛像，物體距鏡面越遠(yuǎn)，影像越大。當(dāng)物距大于1倍焦距小于2倍焦距時(shí)，成倒立、放大的實(shí)像，當(dāng)物距等于2倍焦距時(shí)，成倒立、等大的實(shí)像

19、，當(dāng)物距大于2倍焦距時(shí)，成倒立、縮小的實(shí)像，物體距鏡面越遠(yuǎn)，像越小。成的實(shí)像與物體在同側(cè)，成的虛像與物體在異側(cè)。2.凸鏡又叫凸面鏡，它可以發(fā)射平行光線為發(fā)散光線，類似于凹透鏡。主要用作反光鏡、轉(zhuǎn)彎鏡等。凸鏡成正立縮小的虛像。三、光學(xué)系統(tǒng)（一）眼睛光對(duì)人類非常重要，我們能夠看到外部世界豐富多彩的景象，就是因?yàn)檠劬邮盏搅斯夤馀c人類生活和社會(huì)實(shí)踐有密切聯(lián)系，據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類由感覺器官接收到的信息中，有90以上是通過(guò)眼睛得來(lái)的。人的眼睛是一個(gè)非常靈敏和完善的視覺器官，它的基本構(gòu)造如圖所示（眼睛結(jié)構(gòu)圖）。人眼作為一個(gè)完善的視覺系統(tǒng)，由三個(gè)部分構(gòu)成：一是由角膜、虹膜、晶狀體、睫狀體和玻璃體組成的光學(xué)系統(tǒng)；二

20、是作為敏感和信號(hào)處理部分的帶有盲點(diǎn)和黃斑的視網(wǎng)膜；三是作為信號(hào)傳輸和顯示系統(tǒng)的視神經(jīng)與大腦。其中視網(wǎng)膜是構(gòu)成人眼視覺的關(guān)鍵部分。按信息傳遞的順序，視覺過(guò)程大致可分為以下幾個(gè)階段：（1）眼球光學(xué)系統(tǒng)把外界的三維信息傳遞，形成二維圖像；（2）視細(xì)胞檢測(cè)光，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，以及視網(wǎng)膜的圖像信息處理；（3）大腦枕葉視皮層的信號(hào)處理與大腦中樞的辨識(shí)。人眼的視覺特性1.視覺的適應(yīng)人眼能在一個(gè)相當(dāng)大的視場(chǎng)亮度范圍內(nèi)適應(yīng)，這個(gè)范圍可達(dá)十個(gè)數(shù)量級(jí)。隨著外界視場(chǎng)亮度的變化，人眼視覺響應(yīng)可分為三類：（1）明視覺人眼響應(yīng)。當(dāng)人眼對(duì)大于或等于3cd.m-2的視場(chǎng)亮度適應(yīng)之后，視覺就會(huì)靠錐狀細(xì)胞起作用。（2）暗視覺人眼響

21、應(yīng)。當(dāng)人眼對(duì)小于或等于3*10-5cd.m-2視場(chǎng)亮度適應(yīng)之后，視覺只由桿狀細(xì)胞起作用。由于桿狀細(xì)胞沒(méi)有分辨顏色的能力，所以夜間人眼觀察景物呈灰白色。（3）中介視覺人眼響應(yīng)。隨著視場(chǎng)亮度從明視覺響應(yīng)閾值將至暗視覺響應(yīng)閾值，人眼響應(yīng)逐漸由明視覺轉(zhuǎn)向暗視覺，這種效應(yīng)是由視場(chǎng)亮度的改變而引起錐狀細(xì)胞和桿狀細(xì)胞對(duì)視覺作用發(fā)生交替的結(jié)果。人眼的適應(yīng)通過(guò)：調(diào)節(jié)瞳孔大小，改變進(jìn)入人眼的光通量；視細(xì)胞感光機(jī)制適應(yīng)。對(duì)視場(chǎng)由暗突然變亮的適應(yīng)，稱為亮適應(yīng)，大約需2-3分鐘；對(duì)視場(chǎng)有亮突然至暗的適應(yīng)，稱為暗適應(yīng)，需要45分鐘，充分暗適應(yīng)則需要一個(gè)多小時(shí)。2.人眼的絕對(duì)視覺閾值在充分暗適應(yīng)的狀態(tài)下，全黑視場(chǎng)中，人眼感

22、受到的最小光刺激值。（10-9lx數(shù)量級(jí)）3.人眼的光譜靈敏度在較明亮的環(huán)境中，人眼的視覺對(duì)波長(zhǎng)為0.555微米的左右的綠色光最敏感。在黑暗條件下，人眼對(duì)波長(zhǎng)0.512微米的光最敏感。人眼的光路（二）望遠(yuǎn)系統(tǒng)（三）微光夜視系統(tǒng)微光成像系統(tǒng)與主動(dòng)紅外成像系統(tǒng)相比最主要的優(yōu)點(diǎn)是不用人工照明，而是靠夜天自然光照明景物，以被動(dòng)方式工作，自身隱蔽性好。但由于系統(tǒng)工作時(shí)只靠夜天光照明而受自然照度和大氣透明度影響大，并且景物之間反差小，圖像平淡而層次不夠分明，特別是在濃云和地面煙霧情況下，景物照度和對(duì)比度明顯下降而影響觀察效果。（四）紅外成像系統(tǒng)紅外線的發(fā)現(xiàn)。自然界中實(shí)際景物的溫度均高于絕對(duì)零度。根據(jù)普朗克

23、定律，凡是絕對(duì)溫度大于零度的物體都會(huì)產(chǎn)生熱輻射。紅外裝置的紅外光學(xué)系統(tǒng)接受景物的紅外輻射，并將其會(huì)聚到探測(cè)器上，探測(cè)器將入射的紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。信號(hào)處理系統(tǒng)將探測(cè)器送來(lái)的電信號(hào)處理后便得出與景物溫度、方位、相對(duì)運(yùn)動(dòng)角速度等參量有關(guān)的信號(hào)。（圖xx）紅外裝置取得景物方位信息的方式有兩種：一種是調(diào)制工作方式，則環(huán)節(jié)M為調(diào)制器。調(diào)制器用來(lái)對(duì)景物紅外輻射進(jìn)行調(diào)制，以便確定被測(cè)景物的空間方位；調(diào)制器還配合著取得基準(zhǔn)信號(hào)，以便送到信號(hào)處理系統(tǒng)作為確定景物空間方位的基準(zhǔn)。若紅外裝置為掃描方式工作，則環(huán)節(jié)M為掃描器，用它來(lái)對(duì)景物空間進(jìn)行掃描，以便擴(kuò)大觀察范圍及對(duì)景物空間進(jìn)行分割，進(jìn)而確定景物的空間坐標(biāo)或攝

24、取景物圖像。掃描器也向信號(hào)處理系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)及掃描空間位置同步信號(hào)以作信號(hào)處理的基準(zhǔn)及協(xié)調(diào)顯示。當(dāng)紅外裝置需要對(duì)空間景物進(jìn)行搜索、跟蹤時(shí)，則需設(shè)置伺服機(jī)構(gòu)。跟蹤時(shí)，按信號(hào)處理系統(tǒng)輸出的誤差信號(hào)對(duì)景物進(jìn)行跟蹤；搜索時(shí)，需將搜索信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)送入信號(hào)處理系統(tǒng)，經(jīng)處理后用它來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)使其在空間進(jìn)行搜索。對(duì)機(jī)械掃描而言，掃描器M和伺服機(jī)構(gòu)這兩個(gè)環(huán)節(jié)總是合并設(shè)置為一個(gè)環(huán)節(jié)。采用調(diào)制工作方式的紅外裝置可以對(duì)點(diǎn)目標(biāo)實(shí)行探測(cè)、跟蹤、搜索；采用掃描方式工作的紅外裝置，除了能對(duì)景物實(shí)行探測(cè)、跟蹤、搜索外，還能顯示景物圖像。經(jīng)信號(hào)處理后的信息，可以直接顯示記錄、讀出，也可以由傳輸系統(tǒng)發(fā)送至接收站再加工處

25、理。紅外系統(tǒng)是包括景物紅外輻射、大氣傳輸以及紅外儀器的整體。當(dāng)物體受到外來(lái)的紅外輻射照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射、吸收及透射現(xiàn)象，基于這些現(xiàn)象所做成的紅外儀器，稱為主動(dòng)的紅外儀器（主動(dòng)紅外成像系統(tǒng)，工作原理：紅外探照燈發(fā)出的紅外輻射照射前方目標(biāo)，由光學(xué)系統(tǒng)的物鏡接收被目標(biāo)反射回來(lái)的紅外輻射，并在紅外變像管的光陰極面上形成目標(biāo)輻射的紅外圖像。變像管對(duì)目標(biāo)的紅外圖像進(jìn)行光譜轉(zhuǎn)換和亮度增強(qiáng)，最后在熒光屏上顯示出目標(biāo)的可見光圖像。人眼通過(guò)目鏡觀察增強(qiáng)了目標(biāo)圖像。如圖示，工作波段在0.76-1.2微米的近紅外光譜區(qū)），多用于觀測(cè)、分析、測(cè)量方面。利用景物溫度及輻射系數(shù)的自然差異可以做成各種被動(dòng)的紅外系統(tǒng)（又稱熱成像系統(tǒng)，工作原理：光學(xué)系統(tǒng)將景物發(fā)射的紅外輻射會(huì)聚到探測(cè)器光敏面上，光機(jī)掃描器構(gòu)成的景物圖像依次掃過(guò)探測(cè)器，探測(cè)器依次把景物各部分紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)視頻處理的信號(hào)，在