Institute of Photonics, University of Science and Technology of China前 沿 光 學 綜 合緒 論 光 學 真 正 廣 泛 服 務 于 人 類 是 從 20世 紀 60年代 激 光 問 世 開 始 的 。激 光 一 經(jīng) 問 世 就 對 光 學 及 其 他 科 學 技 術(shù) 和社 會 生 活 產(chǎn) 生 革 命 性 的 影 響 。 激 光 器 的 發(fā) 明 不 僅 提 供了 光 頻 波 段 的 相 干 電 磁波 振 蕩 源 ， 而 且 對 時 至今 日 的 無 線 電 頻 率 下 的許 多 電 子 學 的 概 念 、 理論 和 技 術(shù) 原 則 上 均 可 延伸 到 光 頻 波 段 ， 如 振 蕩 、放 大 、 倍 頻 、 混 頻 、 參量 、 調(diào) 制 、 信 息 處 理 、通 信 、 雷 達 以 至 計 算 機等 。 光 子 處 于 電 磁 波 譜 的 高 頻 段 ， 所 以 可 以 得 到 更 短 的 脈 沖 （ 實 驗 證 明 ，超 短 光 脈 沖 已 經(jīng) 達 到 阿 秒 (10 18秒 )量 級 ） 。 光 子 作 為 信 息 的 載 體 突 破 了 電子 學 發(fā) 展 的 瓶 頸 限 制 ， 使 響 應 時 間 從 10-9秒 提 高 到 10-15秒 ， 工 作 頻 率 從 1011赫 提 高 到 1014赫 ， 從 而 使 高 速 、 大 容 量 的 信 息 系 統(tǒng) 得 以 實 現(xiàn) 。 激 光 能 量 技 術(shù) 把 光 子 作 為 能 量 載 體 具 有 極 為 廣 泛 的 應 用 。 激光手術(shù)刀 光 子 器 件 與 電 子 器 件 性 能 比 較性 能 光 子 器 件 電 子 器 件信 息 載 體 特 性和 傳 輸 方 式 玻 色 子 ,中 性 ,具 有時 間 可 逆 性 ， 無 空間 局 域 性 ， 在 自 由空 間 或 光 纖 中 傳 輸 費 米 子 ， 帶 基 本 電 荷， 具 有 時 間 不 可 逆 性和 空 間 局 域 性 ， 無 線電 波 在 自 由 空 間 或 金屬 導 體 中 傳 輸信 息 處 理 速 度 開 關(guān) 速 度 響 應 時 間 并 行 處 理 能 力 通 道 傳 輸 能 力 10-12 s - 10-15s(ps-fs)光 子 不 帶 電 荷 ,傳 輸 時不 產(chǎn) 生 相 互 作 用 ， 有高 度 的 平 行 處 理 能 力 10-11 s平 行 處 理 能 力 差 光 子 器 件 與 電 子 器 件 性 能 比 較頻 率 （ 頻 帶寬 度 和 信 息容 量 ） 3 1011 - 6 1016 Hz1000倍 以 上 ， 高45個 數(shù) 量 級 3 108-3 1011Hz傳 輸 速 度 光 波 在 真 空 中 傳輸 速 度 為 光 速 ，不 受 RC時 間 常 數(shù)限 制 無 線 電 波 特 別 在金 屬 導 線 傳 輸 ，則 受 RC時 間 常數(shù) 限 制抗 干 擾 能 力 無 電 磁 干 擾 抗 干 擾 能 力 差信 息 存 儲 能 力 可 實 現(xiàn) 三 維 光 存儲 磁 存 儲 光 子 學 在 創(chuàng) 造 科 學 技 術(shù) 的 頂 峰項 目 內(nèi) 容最 大 的能 量 密度 激 光 輸 出 脈 沖 功 率 已 經(jīng) 超 過 13PW=13 1015W聚 焦 強 度 達 105PW/cm2可 產(chǎn) 生 億 度 以 上 的 高 溫能 焊 接 、 加 工 和 切 割 最 難 熔 的 材 料最 高 的壓 強 相 應 的 電 場 強 度 可 達 8 1013V/cm相 應 的 光 壓 可 達 3.3 10 11大 氣 壓聯(lián) 合 高 溫 、 高 壓 ， 可 實 現(xiàn) 激 光 聚 變 點 火最 短 的光 脈 沖 在 780nm已 產(chǎn) 生 4飛 秒 脈 沖 ， 等 于 該 波 長 光 1.5個 周 期進 入 強 場 物 理 領 域 光 子 學 在 創(chuàng) 造 科 學 技 術(shù) 的 頂 峰最 精密 的刻 劃 制 造 最 小 的 光 機 電 一 體 化 設 備加 工 最 小 光 學 和 機 械 零 件 從 微 米 到 幾 十 微 米集 成 的 光 機 電 一 體 化 系 統(tǒng) 可 小 到 幾 毫 米大 規(guī) 模 集 成 線 路 的 線 寬 已 達 0.18微 米納 米 器 件 和 量 子 光 學 器 件Lucent和 IBM正 在 0.13微 米 的 集 成 電 路最 終 可 達 50nm， 測 量 精 度 就 更 高 了最 大 的信 息 量 已 接 近 3T目 標通 信 傳 輸 容 量 已 超 過 Tbit/s ,三 維 立 體 存 儲 達 Tbit/cm 3光 子 計 算 機 速 度 超 過 電 子 計 算 機量 子 計 算 機 將 達 到 最 高 的 計 算 速 度 光 子 學 在 創(chuàng) 造 科 學 技 術(shù) 的 頂 峰最 保密 的通 信系 統(tǒng) 光 量 子 通 信 是 最 安 全 的 通 信 系 統(tǒng)已 有 幾 個 國 家 建 立 了 量 子 保 密 通 信 試 驗 系 統(tǒng)就 在 常 規(guī) 的 通 信 線 路 上 進 行 量 子 保 密 通 信 ，通 信 距 離 已 達 125公 里最 低 的溫 度 激 光 冷 卻 可 將 原 子 冷 到 接 近 絕 對 零 度量 子 冷 卻 到 基 態(tài) ， 為 量 子 光 學 和 量 子 力 學 的實 驗 研 究 準 備 了 條 件量 子 計 算 機 將 是 計 算 能 力 最 大 的 計 算 機 2015國 際 光 年 2015年 距 離 阿 拉 伯 學 者 伊 本 海 賽 姆 海的 五 卷 本 光 學 著 作 誕 生 恰 好 一 千 年 。 一 千 年來 ， 光 的 技 術(shù) 帶 給 人 類 文 明 巨 大 的 進 步 。1815年 菲 涅 爾 提 出 的 光 波 概 念 、 1865年 麥克 斯 韋 提 出 的 光 電 磁 傳 播 理 論 、 1905年 愛 因 斯 坦 的 光 電 效 應 理 論 和 1915年 通過 廣 義 相 對 論 將 光 列 為 宇 宙 學 的 內(nèi) 在 要 素 ， 以 及1965年 彭 齊 亞 斯 和 威 爾 遜 發(fā) 現(xiàn) 宇 宙 微 波 背 景 ， 同年 高 錕 提 出 光 在 纖 維 中 的 傳 輸 ， 以 用 于 光 學 通 信 。2015年 是 光 學 界 許 多 里 程 碑 式 發(fā) 現(xiàn) 發(fā) 明 的 周 年 紀念 。 聯(lián) 合 國 大 會 已 經(jīng) 宣 布 2015年 為 國 際 光 年 ， 希 望 以此 紀 念 千 年 來 人 類 在 光 領 域 的 重 大 發(fā) 現(xiàn) ， 強 調(diào) 推動 可 持 續(xù) 發(fā) 展 、 解 決 能 源 、 信 息 、 教 育 、 農(nóng) 業(yè) 和衛(wèi) 生 等 世 界 性 問 題 的 光 技 術(shù) 的 重 要 性 2015年 國 際 光 年 已 獲 得 聯(lián) 合 國 全 體 成 員 的 支 持 ，將 由 國 際 上 包 括 IEEE， CIE， SPIE等 50個 國 際 學術(shù) 科 研 團 體 聯(lián) 合 舉 辦 。 中 國 光 學 學 會 也 把 紀 念 國際 光 年 的 活 動 列 為 2015年 的 重 要 議 事 日 程 。 尺 度 ： 幾 何 光 學 物 理 光 學 納 米 近 場 光 學 （ 遠 場 ） （ 近 場 ） 矩 陣 光 學 微 型 光 學 集 成 光 學 納 米 光 子 學 線 性 光 學 非 線 性 光 學 維 數(shù) ： 體 材 料 波 導 材 料 （ 導 波 光 學 ， 纖 維 光 學 ） （ 高 維 ） （ 低 維 ） (表 面 等 離 子 體 光 學 ) (無 序 ) (有 序 ) (光 子 晶 體 ) 經(jīng) 典 光 學 量 子 光 學 （ 電 磁 場 用 光 子 態(tài) 波 函 數(shù) 表 示 ） 納 米 左 右 和 納 米 以 下 的 結(jié) 構(gòu) 將 是 下 一 階 段 科 技 發(fā)展 的 特 點 ， 會 是 一 次 技 術(shù) 革 命 ， 從 而 將 是 21世 紀的 又 一 次 產(chǎn) 業(yè) 革 命 。 -錢 學 森 院 士 納 米 光 子 學 元 器 件 納 米 粒 子 （ 1N ） 光 學 近 場 納 米 光 學 傳 播 波 納 米 粒 子（ N1 ） 量 子 點 激 光 器 、光 子 晶 體 傳 統(tǒng) 光 學 信 號載 體 器 件 材 料 近 場 光 的 性 質(zhì) 及 現(xiàn) 象 受 衍 射 極 限 的 限 制 光 纖 傳 輸 ： 40Tb/s 的 傳 輸 速 度 通 道 ： 10 3*10 3 的 信 道 轉(zhuǎn) 換 陣 列 光 存 儲 ： 1Tb/in 2 的 存 儲 密 度 納 米 制 造 ： 低 于 100 納 米 的 量 級 將 來 的 信 息處 理 系 統(tǒng) 衍 射 光 學 體 材 料 微 腔 激 光 器 、光 波 導 、 光 學MEMS 表 面 等 離 子 體 (SPs)亞 波 長 光 學 1998年 ， T.W.Ebbesen首 次 在 Nature上 報 道 了 微 孔 陣 列 金 屬膜 結(jié) 構(gòu) 中 的 遠 場 透 過 增 強 現(xiàn) 象 (Ebbesen 效 應 ) 2003年 ， Barnes和 Ebbesen在 Nature上 發(fā) 表 了 題 為 Surface plasmon subwavelength optics 的 文 章 ， 標 志著 表 面 等 離 子 體 亞 波 長 光 學 的 形 成 。 Barnes et al， Nature 424: 824-830 (2003) 表 面 等 離 子 體 (Surface Plasmons, SPs) 是 沿 著 導 體 (金屬 )表 面 傳 播 的 波 ， 電 磁 場 在 垂 直 于 金 屬 表 面 方 向 指 數(shù) 衰減 ， 局 域 在 金 屬 表 面 。 表 面 等 離 子 體 激 元 (Surface Plasmon Polaritons, (SPPs)是 光 波 與 可 遷 移 的 表 面 電 荷 （ 例 如 金 屬 中 自 由 電子 ） 之 間 相 互 作 用 ， 產(chǎn) 生 的 電 磁 模 。 通 過 構(gòu) 造 金 屬 表 面 結(jié) 構(gòu) ， 可 改 變 其 性 質(zhì) 、 色 散 關(guān) 系 ， 激發(fā) 模 式 ， 耦 合 效 應 ， 實 現(xiàn) 對 光 子 行 為 的 調(diào) 控 。 SPs的 基 本 性 質(zhì) 表 面 空 間 局 域 特 性 沿 金 屬 表 面 傳 播 ， 電 場 強度 沿 垂 直 金 屬 表 面 方 向 指數(shù) 衰 減 。 近 場 能 量 增 強 特 性 60nm厚 銀 膜 紅 光 照 射 下 增強 可 達 2個 量 級 。 色 散 關(guān) 系 SPs波 矢 光 子 波 矢 )exp(),( 0 zkxkEzxE zspSP )( )(22 md mdSP ck |Re|1Im |Re|2 20 mmmdlightz aEESP SPs的 激 發(fā) 方 式 波 矢 補 償 方 式 : 利 用 全 反 射 棱 鏡 的 介 電常 數(shù) 補 償 ：Kretschmann結(jié) 構(gòu)(a)(b)， Otto結(jié) 構(gòu) (c)SNOM 探 針 激 發(fā) (d) 光 柵 衍 射 (e) 表 面 缺 陷 衍 射 (f) SPs的 四 個 特 征 長 度 參 數(shù) SPs波 長 sp， 可 以 由 色 散關(guān) 系 得 到 ： SPs傳 播 距 離 Lsp， 由 SPs波 矢 的 虛 部 決 定 2/102 rd rdSPSP k 2/320 2 )(21 rd rdirspSP kL 201 d rdd k 201 r rdm k 電 介 質(zhì) 中 的 穿 透 深 度 d，決 定 了 周 圍 介 質(zhì) 折 射 率 對SPs敏 感 層 的 厚 度 范 圍 金 屬 中 的 穿 透 深 度 m，決 定 了 SPs隧 傳 金 屬 膜 的厚 度SPs在 納 米 尺 度 光 傳 輸 的 優(yōu) 勢 ：突 破 衍 射 極 限 空 間 維 度 3維 2維近 場 能 量 增 強 特 性 可 有 效 補 償 結(jié) 構(gòu) 中 的 光場 能 量 是 SPPs的 電 磁 場 穿 透 進 金 屬 中 深 度 ， m 30納 米 （ 可 見 光 、銀 膜 ） 是 SPPs的 電 磁 場 穿 透 進 與 金 屬 緊 貼 的 介 電 材 料 中 深 度 ， 可 見光 波 段 ： d 0 。 是 SPPs的 傳 播 長 度 ， 要 使 其 增 長 ， 則 要 求 金 屬 的 介 電 常 數(shù) 具有 一 個 大 的 負 實 部 和 小 的 虛 部 ， 即 低 損 耗 的 金 屬 材 料 。 是 SPPs波 長 ， 小 于 激 發(fā) 光 波 長 mdSPPSPPSPPs的 特 征 尺 度 : SPs光 子 學 器 件 基 于 SPs的 納 米 光 子 學 器 件 ， 在 近 場 能 量 傳 輸 與 控 制 、光 通 訊 與 光 計 算 、 生 物 分 子 探 測 、 納 米 光 刻 、 微 孔 激光 器 、 LED發(fā) 光 增 強 等 許 多 方 面 都 有 重 要 的 應 用 前 景 。SPs納 米 波 導 生 物 分 子 探 測 納 米 光 刻 微 孔 激 光 器 2013.11 Chen 戰(zhàn) 略 研 討 會 25不 同 器 件 技 術(shù) 的 工 作 速 度 與 其 關(guān) 鍵 尺 寸 的 關(guān) 系 圖圖 中 虛 線 表 示 不 同 技 術(shù) 的 物 理 限 度 。 半 導 體 電 子 器 件 由 于 互 連 時 延 問 題 速 度 被 限制 約 10GHz。 電 介 質(zhì) 光 子 器 件 的 尺 度 受 衍 射 基 本 定 律 約 束 于 波 長 （ m） 量 級 。 表面 等 離 激 元 可 以 作 為 光 子 同 等 速 度 和 電 子 同 等 尺 度 之 間 的 橋 梁 。 10G SPs研 究 的 發(fā) 展 方 向 深 入 研 究 亞 波 長 金 屬 結(jié) 構(gòu) 中 SPs作 用 的 物 理 機 理 。 設 計 光 頻 段 的 亞 波 長 尺 度 低 損 耗 的 納 米 光 子 學 波 導 和光 連 接 器 芯 片 ， 以 及 能 和 傳 統(tǒng) 單 模 光 纖 相 互 耦 合 的 二維 表 面 等 離 子 體 光 子 學 器 件 。 設 計 制 作 可 調(diào) 諧 高 效 的 有 機 或 無 機 LED， 發(fā) 展 亞 波 長尺 度 的 新 型 光 源 。 實 現(xiàn) 對 表 面 等 離 子 體 的 動 態(tài) 電 光 、 全 光 調(diào) 制 及 增 益 放大 ， 設 計 高 速 高 靈 敏 度 的 表 面 等 離 子 體 光 開 關(guān) 。 深 入 發(fā) 展 大 面 積 的 亞 波 長 表 面 等 離 子 體 納 米 光 刻 技 術(shù) ，如 “ 超 級 透 鏡 ” 的 高 分 辨 率 近 場 成 像 技 術(shù) 。 實 現(xiàn) 電 子 學 和 光 子 學 元 件 在 納 米 尺 度 下 集 成 于 同一 芯 片 上 。 它 將 為 新 一 代 的 光 電 技 術(shù) 開 創(chuàng) 新 紀 元 。 摘 自 文 獻 （ Science 311:189-193, 2006) 光 子 晶 體 指 的 是 一 種 由 介 電 質(zhì) 周 期 性 分 布 所 形 成 的 微 結(jié) 構(gòu) 系 統(tǒng) ， 它 通常 具 有 很 高 的 折 射 率 對 比 ， 其 周 期 大 小 一 般 為 光 波 長 量 級 。1887 1987 2-D periodic in two directions 3-D periodic in three directions 1-D periodic in one direction光 子 晶 體 概 念 的 核 心 ： 周 期 光 子 晶 體 : 隨 空 間 周 期 性 變 化 的 新 型 光 學 材 料 ， 變 化 周 期 一 般 為 波 長 量 級 ， 可 有 效控 制 光 子 在 其 內(nèi) 部 的 運 動特 點 ： 周 期 分 布 結(jié) 構(gòu) （ 光 波 長 量 級 ） 有 光 子 帶 隙 ， 可 使 特 定 波 長 的 光 通 過 1991年 ， Russell等 人 根 據(jù) 光 子 晶 體 傳 光 原 理 首 次 提出 了 光 子 晶 體 光 纖 （ PCF） 的 概 念 。1996年 ， 英 國 南 安 普 頓 大 學 的 J.C.Knight 等 人 研 制出 世 界 上 第 一 根 PCF， 之 后 在 光 纖 通 信 等 光 學 研 究 領域 中 ， PCF引 起 了 全 世 界 的 普 遍 興 趣 。 光 子 晶 體 光 纖 是 一 種 基 于 光 子 晶 體 的 新 型 光 學 光 纖 .能 將 光 束 縛 在 空 芯 或 者 說 具 備 普 通 的 光 纖 不 具 備 的光 束 縛 性 ,此 名 詞 是 由 Phillip Russell 于 1995-1997 提 出 地 ,還 有 一 些 其 他 的 叫 法 比 如 微 結(jié) 構(gòu) 光 纖 ,光 子 帶隙 光 纖 ,多 孔 光 纖 (holey fiber ). 光 子 晶 體 光 纖 寬 頻 帶 的 單 模 性 質(zhì) 對 于 標 準 階 梯 型 光 纖 ， 允 許 的 導 模 數(shù) 量 取 決 于歸 一 化 頻 率 參 量 V, 當 V 0的 入 射 角 度 為 正 ） 。 在 入 射 界 面 上 分 別 發(fā) 生 了 正 折 射和 負 折 射 ， 與 色 散 曲 線 分 析 結(jié) 果 吻 合 。 Chinese Physics Letters, 25, 2104 (2008) 遠 場 超 分 辨 探 測 技 術(shù)遠 場 超 分 辨 透 鏡 (hyperlens)X. Zhang, Science, (2007) 曲 面 金 屬 -電 介 質(zhì) 復 合 結(jié) 構(gòu) 的 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) 對 于 光 束 傳 播 和 成 像 的 影 響 傳 統(tǒng) 光 學Rayleigh衍 射 極 限 ：2 . .R N A如 何 提 高 分 辨 率 ？采 用 更 短 的 波 長增 大 數(shù) 值 孔 徑突 破 衍 射 極 限 ！ ？ 近 場 光 學Near-field super high density optical storage 近 場 探 針 與 近 場 超 分 辨 結(jié) 構(gòu) NF probe and Super-RENS 近 場 超 分 辨 結(jié) 構(gòu)Super resolution near-field structure SUPER-RENS實 際 樣 品wavelength=635nm； Mark size=100nmSNR40dB 柱 面 矢 量 光 場 (非 均 勻 偏 振 光 )慢 光超 光 速光 學 天 線光 聲 效 應 這 是 光 子 技 術(shù) 的 核 心 產(chǎn) 業(yè) 。 是 寬 帶 光 網(wǎng) 絡 發(fā) 展 的 原 動力 ， 具 有 最 大 的 潛 在 市 場 。 待 全 面 光 纖 到 戶 和 “ 三 網(wǎng)合 一 ” 實 現(xiàn) 之 后 ， 它 將 成 為 產(chǎn) 值 和 規(guī) 模 最 大 的 產(chǎn) 業(yè) ，對 國 民 經(jīng) 濟 的 影 響 最 大 。 光 纖 通 信 產(chǎn) 業(yè) 有 ：包 括 各 種 摻 雜 光 纖 ， 特 殊 結(jié) 構(gòu) 光 纖（ 保 偏 光 纖 、 色 散 漸 變 光 纖 、 色 散補 償 光 、 大 孔 徑 光 纖 等 等 ） ， 光 子晶 體 光 纖 和 塑 料 光 纖 。 激 光 器 、 發(fā) 光 管 、 探 測器 、 放 大 器 、 發(fā) 射 模 塊 、 吸 收 模 塊 等 ；耦 合 器 、 濾 波 器 、 衰 減器 、 隔 離 器 、 環(huán) 行 器 、 連 接 器 、 光 開關(guān) 、 光 互 聯(lián) （ OXC） 、 光 分 插 復 用（ OADM） 、 波 分 復 用 （ WDM） 以 及 包含 這 些 功 能 的 各 種 集 成 光 子 器 件 等 等 。 在 國 內(nèi) 最 早 研 究 摻 鉺 光 纖 放 大 器 ,增 益 達 49.6分 貝 ， 中 央 電 視 臺 新 聞 聯(lián) 播 報 道 。 波 長 范 圍 ： C+L波 段增 益 ： 13-23dB光 通 信 中 的 關(guān) 鍵 器 件 （ 主 干 網(wǎng) ） 放 大 均 衡 1、 光 通 訊 專 題 主 要 議 題 方 向 ： 高 速 光 通 信 核 心 芯 片 高 速 光 通 信 器 件 技 術(shù) 高 速 光 通 信 基 礎 軟 件 高 速 光 通 信 系 統(tǒng) 高 速 光 通 信 系 統(tǒng) 發(fā) 展 及 對 器 件 的 需 求 新 型 光 無 源 與 有 源 器 件 技 術(shù) 和 產(chǎn) 業(yè) 發(fā) 展 Si微 納 集 成 光 子 芯 片 的 Foundry實 踐 色 散 補 償 光 纖 及 模 塊 的 技 術(shù) 與 市 場 稀 土 摻 雜 光 纖 技 術(shù) 與 市 場 光 子 晶 體 光 纖 技 術(shù) 發(fā) 展 集 成 光 通 信 器 件 MEMS/MOEMS器 件 塑 料 光 纖 與 FTTH 2.光 傳 感 及 光 電 前 沿 技 術(shù) 與 應 用 專 題 ： 光 傳 感 技 術(shù) 專 題 特 殊 光 纖 與 器 件 光 纖 光 柵 技 術(shù) 制 備 光 纖 傳 感 器 的 技 術(shù) 利 用 光 纖 拉 曼 效 應 制 備 光 纖 傳 感 器 的 研 究 FP 腔 體 光 纖 傳 感 技 術(shù) 的 優(yōu) 點 光 傳 感 網(wǎng) 絡 技 術(shù) 光 纖 光 柵 傳 感 器 網(wǎng) 絡 化 技 術(shù) 光 傳 感 應 用 專 題 光 纖 傳 感 在 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 應 用 及 產(chǎn) 業(yè) 化 問 題 光 纖 傳 感 在 市 政 工 程 的 應 用 光 纖 傳 感 在 食 品 研 究 中 的 應 用 光 纖 傳 感 在 藥 品 /醫(yī) 學 研 究 中 的 應 用 光 纖 傳 感 在 航 空 ， 行 天 領 域 的 應 用 光 纖 傳 感 在 石 化 ， 采 礦 等 易 燃 易 爆 領 域 中 的 應 用 光 纖 傳 感 的 多 點 測 試 系 統(tǒng) 工 程 機 構(gòu) 健 康 檢 測 技 術(shù) 在 生 命 科 學 和 反 恐 領 域 具 有 重 大 需 求在 疾 病 預 防 、 診 斷 、 治 療 等 人 類 健 康 的 保 障 和 反 恐 、 生 化 防護 、 公 共 安 全 等 方 面 需 要 提 供 更 多 的 新 材 料 、 新 結(jié) 構(gòu) 、 新 原理 和 新 的 快 速 、 高 效 、 高 分 辨 、 實 時 的 表 面 等 離 子 體 （ SPs）探 測 方 法 和 技 術(shù)金 屬 微 納 傳 感 結(jié) 構(gòu) 芯 片 及 高 靈 敏 度 傳 感 技 術(shù) 研 究 利 用 銀 納 米 立 方 體 與 銀 膜 耦 合 體 系 的場 增 強 效 應 ， 增 強 吸 附 于 銀 納 米 立 方體 表 面 各 種 分 子 的 拉 曼 散 射 信 號 ， 可檢 測 的 最 低 拉 曼 分 子 （ Rh6G） 濃 度為 10-11M。研 制 了 雙 金 屬 芯 片 ，對 牛 奶 中 抗 生 素 及 血 液 中 雌 性激 素 的 進 行 了 檢 測 ； 雙 金 屬 芯片 的 最 低 檢 測 濃 度 為 1.8ng/ml低 于 傳 統(tǒng) 金 芯 片 （ 3.2ng/ml）國 家 自 然 科 學 基 金 重 點 項 目 （ 金 屬 微 納 結(jié) 構(gòu) 物 理 、 制 備 與 傳感 器 件 研 究 ） 順 利 通 過 結(jié) 題 驗 收 ， 并 被 評 為 優(yōu) 秀 。 光傳感與光測量齒科材料光譜色度測試儀 光纖傳感斐索自聚焦光纖透鏡干涉儀 Report to Bill Gates Laser Doppler Tracking Project 電 網(wǎng) 光 纖 智 能 測 溫 度 系 統(tǒng) 本 產(chǎn) 品 主 要 應 用 于 高 壓 電 中 心 變 電 站 測 溫 系 統(tǒng) ， 可 實 現(xiàn) 對變 電 站 主 變 、 開 關(guān) 小 車 、 分 段 刀 閘 、 電 容 器 等 環(huán) 節(jié) 的 溫 度在 線 實 時 監(jiān) 測 ， 前 端 展 示 系 統(tǒng) 報 表采 用 自 行 研 制 的 高 功 率 可 調(diào) 諧 摻 鉺 光 纖 激 光 器 ， 相 比 傳 統(tǒng) 的 基 于 寬 帶 光 源 的 傳 感 技 術(shù) ， 掃面 精 度 高 ， 解 調(diào) 信 噪 比 高 ， 后 端 抗 損 耗 能 力 強 ， 系 統(tǒng) 擴 容 性 好 ；擁 有 高 性 能 及 特 種 光 纖 光 柵 刻 寫 系 統(tǒng) ， 設 計 與 優(yōu) 化 獨 特 的 光 纖 光 柵 ， 提 高 了 溫 度 傳 感 能 力 ；開 發(fā) 了 陣 列 式 解 調(diào) 裝 置 ， 成 本 低 廉 ， 具 有 很 強 的 傳 感 網(wǎng) 絡 擴 容 能 力 ； 開 發(fā) 了 智 能 分 析 軟 件 ， 可 提 供 即 時 監(jiān) 控 顯 示 ， 和 歷 史 報 表 繪 制 功 能 ， 可 遠 程 查 看 及 操 控 。 3.激 光 技 術(shù) 與 應 用 專 題 先 進 激 光 技 術(shù) 專 題 Photonics Crystal Fiber High power double cladding fiber and fiber laser Diode Pumped Solid-State Lasers in the Near Infrared and Visible Spectral Region 深 紫 外 光 源 和 光 刻 系 統(tǒng) 飛 秒 激 光 微 加 工 /超 快 激 光 技 術(shù) 超 快 光 纖 激 光 放 大 器 技 術(shù) 高 重 復 頻 率 脈 沖 激 光 技 術(shù) 激 光 應 用 專 題 激 光 在 先 進 制 造 業(yè) 領 域 的 應 用 激 光 微 細 加 工 技 術(shù) 及 在 工 業(yè) 領 域 的 應 用 激 光 在 太 陽 能 電 池 生 產(chǎn) 中 的 應 用 高 脈 沖 能 量 準 分 子 激 光 在 納 米 技 術(shù) 的 應 用 光 纖 激 光 技 術(shù) 的 最 新 發(fā) 展 及 應 用 二 極 管 激 光 器 用 于 金 屬 加 工 的 最 新 進 展 激 光 打 標 的 發(fā) 展 趨 勢 激 光 焊 接 的 新 應 用 和 趨 勢 醫(yī) 療 激 光 的 發(fā) 展 動 態(tài) 1050 1051 1052 1053 1054 -30 -20 -10 0 10 20 Int en sity / d Bm Wavelength / nm FFP Optics Letters, Vol. 37, Issue 4, pp. 464-466 (2012) 基 于 少 模 光 纖 光 柵 的 低 閾 值 單 波 長 全 光 纖 軸 對 稱 偏 振 光 激 光 器 方 波 激 光 器 YDF 980/1060nm WDMPID-ISO 5% output PC SMFPC1060nm95:5 coupler 50:50coupler1053nm filter3nm 方 波 寬 度 1ns-100ns連 續(xù) 可 調(diào) ， 上 升 沿 時 間 100ps. 該 方 波 光 源 在 我 國 的 高功 率 激 光 器 前 端 系 統(tǒng) 中 可 以 解 決 單 頻 調(diào) 制 方 案 中 的 脈 沖 頂 部 調(diào) 制 等 工 程 問 題 ，促 進 我 國 在 高 功 率 激 光 器 和 激 光 約 束 核 聚 變 領 域 的 研 究 進 展 ； 穩(wěn) 定 的 方 波 脈 沖 激 光 光 源 ， 在 傳 感 、 通 信 和 精 密 機 械 激 光 加 工 方 面 也 同 樣 具有 重 要 應 用 價 值 ； * 納 米 位 移 飛 牛 力 測 量 / 納 米 光 鑷 系 統(tǒng)三 光 鑷 基 本 光 路高 精 度 操 控 系 統(tǒng)高 精 度 觀 測 系 統(tǒng) 圖 象 數(shù) 據(jù) 采 集 系統(tǒng) 4.固 態(tài) 照 明 專 題 固 態(tài) 照 明 技 術(shù) 專 題 硅 襯 底 氮 化 鎵 藍 光 LED及 其 產(chǎn) 業(yè) 化 研 究 寬 禁 帶 半 導 體 材 料 及 微 結(jié) 構(gòu) 的 制 備 優(yōu) 化 及 光 電 特 性 GaN 基 LED的 新 型 襯 底 大 功 率 白 光 LED外 延 片 技 術(shù) 的 最 新 進 展大 功 率 白 光 LED封 裝 技 術(shù) 的 最 新 進 展 照 明 用 大 功 率 LED熒 光 粉 的 最 新 進 展 固 態(tài) 照 明 器 件 的 光 學 設 計 大 功 率 白 光 電 源 及 控 制 電 路 技 術(shù) 的 最 新 進 展 我 國 LED用 有 機 金 屬 源 、 襯 底 材 料 的 最 新 進 展 大 功 率 LED燈 具 系 統(tǒng) 熱 量 管 理 的 最 新 進 展 固 態(tài) 照 明 應 用 專 題 太 陽 能 與 固 態(tài) 照 明 Solar High Bright LED Combination LED Communication 中 國 半 導 體 照 明 國 家 標 準 的 制 訂 情 況 LED路 燈 照 明 市 場 分 析 與 展 望 LED汽 車 照 明 市 場 分 析 與 展 望 LED室 內(nèi) 照 明 與 裝 飾 市 場 分 析 與 展 望 LED照 明 智 能 化 控 制 技 術(shù) 的 研 究 進 展 太 空 看 到 的 地 球 2010年 ， 我 國 發(fā) 電 量 可 望 達 到 2.7萬 億 度 ， 2020年 為 3.5萬億 度 。 照 明 用 電 量 約 3000億 度 （ 2010年 ） 和 5250億 度 （ 2020） 。 如 果 50%采 用 半 導 體 照 明 ， 將 達 到 照 明 節(jié) 電 40 ， 即 年 節(jié)電 2100億 千 瓦 時 的 目 的 ， 其 效 果 相 當 再 建 2.5座 “ 三 峽 電力 工 程 （ 總 投 資 2000億 元 人 民 幣 ） ” 。 實 現(xiàn) 這 個 目 標 可 節(jié) 省 1.05億 噸 原 煤 ， 減 少 1400萬 噸 廢 氣 及塵 渣 排 放 量 ， 對 我 國 國 民 經(jīng) 濟 的 可 持 續(xù) 發(fā) 展 將 產(chǎn) 生 重 要 的影 響 ！ 從 環(huán) 保 看 半 導 體 照 明 節(jié) 能 ！ 需 要 研 究 和 解 決 的 問 題提 高 半 導 體 芯 片 的 發(fā) 光 效 率提 高 單 管 的 最 大 可 發(fā) 光 通 量延 長 使 用 壽 命降 低 成 本 ， 以 降 低 價 格目 前 還 不 適 于 替 代 民 用 照 明 ， 主 要應 用 是 交 通 、 汽 車 和 城 市 景 觀 照 明 我 實 驗 室 在 LED的 研 究 方 面 進 行 了 LED出 光 效 率 、 色 度 學 、 二 次 光 學 設 計 、 電源 特 性 等 方 面 的 研 究 ， 參 加 樂 伯 利 特 科 技 有 限 責 任 公 司 承 擔 的 “ 每 瓦 100流 明功 率 型 白 光 LED制 造 與 生 產(chǎn) 技 術(shù) ” （ 863項 目 重 點 課 題 ， 2007-2009） ， 以 下是 我 實 驗 室 利 用 積 分 球 、 光 譜 儀 等 儀 器 設 備 測 量 的 高 功 率 白 光 LED。白 光 LED光 譜 美 國 海 洋 光學USB4000-UV-VIS微 型光 纖 光 譜 儀 500mm積 分 球 照 度 計 樣 品 1-5為 樂 伯 利 特 公 司 生 產(chǎn) 的 高 功 率 白 光 LED， 若 用 脈 沖 電 源 驅(qū) 動 測量 ， 光 效 可 達 100lm/W以 上 。 每 瓦 100流 明 功 率 型 白 光 LED制 造 與 生 產(chǎn) 技 術(shù) 每 瓦 100流 明 功 率 型 白 光 LED制 造 與 生 產(chǎn) 技 術(shù)(863重 點 項 目 ,參 加 ) 與 樂 百 利 特 科 技 有 限 責 任 公 司 聯(lián) 合 研 發(fā) 的 KL4LM（ A） 型 LED礦 燈 ， 尤 受 注 目 。 該 礦燈 采 用 大 功 率 LED冷 光 源 ， 保 證 了 燈 頭 在 工 作 環(huán) 境 中 最 高 溫 度 只 有 60度 （ 原 老 礦 燈 燈絲 溫 度 在 2000-2500度 ） ， 冷 光 源 燈 頭 即 使 在 井 下 被 擊 碎 也 絕 對 不 會 引 起 爆 炸 事 故 的 發(fā)生 ， 大 大 提 高 了 安 全 性 。 而 且 該 礦 燈 在 同 等 條 件 下 ， 發(fā) 光 效 率 超 過 同 行 其 它 產(chǎn) 品 30以 上 ， 放 電 時 間 超 過 17小 時 ， 是 國 內(nèi) 質(zhì) 量 最 好 、 性 價 比 最 高 的 礦 燈 產(chǎn) 品 。 5.光 顯 示包 括 薄 膜 晶 體 管 -液 晶 顯 示 器 （ TFT-LCD） 、 發(fā) 光 二 極 管 （ LED）顯 示 器 、 等 離 子 體 平 板 顯 示 器 （ PDP） 、 場 致 發(fā) 射 顯 示 器 （ FED、數(shù) 字 微 透 鏡 或 光 纖 陣 列 顯 示 器 、 各 種 投 影 設 備 等 。 液 晶 :一 種 規(guī) 則 性 排 列 的 有 機 化 合 物 ，液 晶 顯 示 器 件 : 具 有 無 輻 射 、 低 壓 驅(qū) 動 、 微 功 耗 、 纖 薄 輕 巧 、 使 用 壽 命長 等 優(yōu) 點 ， 而 且 不 會 出 現(xiàn) 幾 何 失 真 和 色 彩 失 真 TFT-LCD 仍 是 未 來 平 板 顯 示 的 主 流 技 術(shù) 集 成 電 路 、 液 晶 顯 示 與 軟 件 正 是 電 子 信 息 產(chǎn) 業(yè) 的 三 大 基 礎 ， 液 晶 屏一 直 列 為 國 家 “ 十 一 五 ” ” 十 二 五 ” 重 點 規(guī) 劃 項 目 . 全 球 主 要 顯 示 產(chǎn) 業(yè) 態(tài) 勢 圖 預 計 5年 左 右 三 基 色 LD技 術(shù) 可 能 獲 得 突 破10年 左 右 激 光 顯 示 器 將 從 試 驗 樣 機 走 向 規(guī) 模 產(chǎn) 品CRT 顯 像 管LCD 液 晶OLED 有 機 發(fā) 光LDT 激 光 （ 1） 2013年 以 前 為 統(tǒng) 計 數(shù) 據(jù) ， 20132016年 為 預 測 數(shù) 據(jù) ， 來 源 于 Display Search（ CRT、LCD、 OLED） 和 Laser Foucs World ( LDT )； （ 2） 20162025年 數(shù) 據(jù) 為 我 們 的 預 測 。 Work-4:單 投 影 三 維 顯 示偏 振 雙 投 影 快 門 式 投 影 機 缺 點 ：p 對 于 前 者 ， 成 本 高 、 包括 電 路 信 號 同 步 、 光 路 重疊 等 系 統(tǒng) 調(diào) 整 繁 瑣p 液 晶 開 關(guān) 眼 鏡 成 本 高 ， 閃 光 影 響 了 顯 示 效 果 。基 于 液 晶 偏 振 旋 轉(zhuǎn) 的 單 投 影 方 案 特 點 ：(1) 系 統(tǒng) 成 本 低 ： 液 晶 偏 振 旋 轉(zhuǎn) 片價 格 30元 左 右 。(2) 偏 振 眼 鏡 觀 察 ， 顯 示 效 果 好 。發(fā) 明 專 利 申 請 號 :20110457587.5 p 搭 建 了 激 光 作 為 光 源 的 單 投 影 偏 振 背 投 3D顯 示 系 統(tǒng) ， 測 試 了 一種 背 投 消 散 斑 、 保 偏 振 背 投 屏 。 實 驗 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖激 光 激 光器 波 長 個 數(shù) 單 功率 總 功率紅 光 LD 638 3 0.3W 0.9W藍 光 LD 445 1 1W 1W綠 光 PPLN 532 1 1W 1W 實 驗 光 路 三 維 場 景 的 深 度 信 息 提 取 及 重 建發(fā) 展 了 圖 像 重 建 及 相 關(guān) 算 法 ， 成 功 將 透 鏡 陣 列 技 術(shù) 用 于 三 維 場 景 的 深 度 信息 提 取 和 背 景 消 除 。 15 20 25 30 35 40 45242628 30323436 3840g(mm) g(cm) experiment linear fit深 度 信 息 提 取 不 同 深 度 二 維 場 景 重 建 演 示 第 三 代 DVR 22GB固 體 浸 沒 透 鏡第 二 代 DVD4.7GB第 一 代 CD 650MB 光 存 儲 較 早 的 近 場 探 針 存 儲 方 法 因 易 損 傷 和 讀 寫 速 度 太 慢 ， 后 來 發(fā) 展 了 固 體 浸 沒 透 鏡（ SIL） 存 儲 方 法 。 SIL方 案 采 用 半 球 或 超 半 球 作 前 端 會 聚 物 鏡 ， 增 大 n以 提 高分 辨 率 。 todetectors recording layersSIL Lens objective lensaperture stopfrom laserbeam splitter在 SIL近 場 光 存 儲 的 實 驗 中 選 擇 具 有 足 夠 大 的 數(shù) 值 孔 徑 和 工 作 距 離 的 透 鏡 及 控 制SIL與 記 錄 介 質(zhì) 之 間 的 距 離 到 100nm左 右 是 獲 得 良 好 記 錄 效 果 的 關(guān) 鍵 。 固 體 浸 沒 透 鏡 （ SIL） 近 場 存 儲 6.太 陽 能 技 術(shù) 與 應 用 專 題 綠 色 奧 運 理 念 給 我 國 帶 來 的 新 機 遇 和 挑 戰(zhàn) 太 陽 能 光 伏 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 狀 況 世 界 納 米 太 陽 能 電 源 研 制 技 術(shù) 新 動 向 太 陽 能 電 池 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 及 趨 勢 如 何 建 立 我 國 正 確 的 光 伏 領 域 的 行 規(guī) 及 其 大 面 積薄 膜 電 池 的 標 準 化 光 伏 發(fā) 電 產(chǎn) 業(yè) 鏈 的 能 效 比 分 析 太 陽 能 光 伏 市 場 、 材 料 、 技 術(shù) 及 人 才 繼 晶 體 硅 及 薄 膜 太 陽 能 電 池 之 后 ， 下 一 代 太 陽 能光 伏 技 術(shù) 多 晶 硅 太 陽 能 電 池 產(chǎn) 業(yè) 化 及 其 國 際 市 場 展 望 太 陽 能 汽 輪 機 化 石 能 源 要 枯 竭 中 國 與 世 界 一 次 能 源 的 探 明 剩 余 儲 量 比 較 太 陽 能 有 多 大 潛 力 ？太 陽 光 到 達 地 球 表 面 的 功 率 密 度 為1000w/m2， 總 功 率 比 目 前 全 世 界 能 源消 耗 大 一 萬 倍 。 假 如 把 地 球 表 面 0.1%的 太 陽 能 轉(zhuǎn) 為 電 能 ，轉(zhuǎn) 變 率 5%， 每 年 發(fā) 電 量 可 達 5.6 1012千 瓦小 時 ， 相 當 于 目 前 世 界 上 能 耗 的 40倍 。 40分 鐘 照 射 地 球 輻 射 的 能 量 全 球 一 年 的 能 量 需 求 太 陽 能 電 池 的 研 制 與 開 發(fā) 當 前 應 用 的 光 伏 能 量 轉(zhuǎn) 換 器 件 主 要 是 硅 太陽 能 電 池 (單 晶 硅 、 多 晶 硅 、 非 晶 硅 ） ，目 前 商 用 太 陽 能 電 池 的 光 電 轉(zhuǎn) 換 效 率 為16%， 實 驗 室 最 高 達 24% 雖然光電轉(zhuǎn)化效率較高，但成本高，制備工藝復雜！ 前 沿 光 學 綜 合光 的 傳 播 ,干 涉 和 衍 射 的 電 磁 理 論(參 考 書 ： 光 學 原 理 ) 光 學 原 理(光 學 領 域 的 奠 基 性 教 科 書 ) 作 者 : M.玻 恩 ,20世 紀 最 杰 出 和 最 有 影 響 的 物 理 學 家之 一 , 諾 貝 爾 獎 得 主 . E.沃 耳 夫 ,美 國 羅 切 斯 特 大 學 教 授 ,前 美 國 光 學學 會 主 席 ,光 學 進 展 的 主 編 。 評 價 : 新 版 光 學 原 理 為 有 志 于 攀 登 光 學 高 峰 的 年 輕 人提 供 了 一 架 云 梯 ,如 果 不 是 圣 經(jīng) 的 話 ,新 版 光 學 原 理昭 示 人 們 ,掌 握 基 礎 型 理 論 才 是 發(fā) 展 和 創(chuàng) 新 的 根 本 ,根 深 葉 茂 ,本 固 枝 榮 。 - 母 國 光 下 載 : 目 錄 緒 論 分 層 媒 質(zhì) 中 的 電 磁 波 及 轉(zhuǎn) 移 矩 陣 理 論 (第 1章 第 6節(jié) ） (馬 中 團 ) 初 等 色 散 理 論 （ 第 2章 第 3節(jié) ） (曹 勇 ) 象 差 的 幾 何 理 論 (第 5章 )(桂 華 僑 ) 多 光 束 干 涉 （ 第 7章 第 6節(jié) ） (顧 春 ) 部 分 相 干 光 理 論 （ 第 10章 ） (黃 文 財 .紀 帆 ) 標 量 衍 射 理 論 （ 第 8章 ） (孫 曉 紅 .鄭 志 強 ,黃 偉 ) 嚴 格 的 衍 射 理 論 (第 11章 )(魯 擁 華 ) 光 在 金 屬 結(jié) 構(gòu) 中 的 傳 播 和 金 屬 膜 理 論 （ 第 14章 第 1、 2、 4節(jié) ） (閔 長 俊 ) 米 氏 理 論 （ 第 14章 第 5節(jié) ） (鄧 燕 ) 晶 體 光 學 (第 15章 )(陳 曦 耀 ,焦 小 瑾 ) 課 程 論 文光 鑷 系 統(tǒng) 中 的 球 差光 學 原 理 理 想 成 像表 面 等 離 子 體 的 電 磁 求 解金 屬 的 波 動 方 程 和 色 散 關(guān) 系計 算 機 層 析 成 像 技 術(shù) 的 原 理 多 縱 模 激 光 光 場 相 干 性 分 析部 分 相 干 光 束 的 干 涉散 斑 統(tǒng) 計 光 學 和 部 分 應 用啁 啾 脈 沖 光 學 參 量 放 大 （ OPCPA）啁 啾 脈 沖 堆 積 整 形 技 術(shù) 中 堆 積 脈 沖 的 時 間 起伏 特 性應 用 F-P干 涉 儀 比 較 波 長 衍 射 理 論 與 光 束 整 形 光 學 衍 射 現(xiàn) 象 及 其 在 剪 切 相 位 襯 度 成 像 中 的 應 用 聲 光 作 用 MDM多 層 結(jié) 構(gòu) 超 分 辨 成 像 非 線 性 光 學 顯 微 鏡 的 超 分 辨 研 究 負 折 射 率 材 料 的 研 究 進 展 -林 劍 春 SC08009062 時 域 有 限 差 分 法 Finite-difference time-domain (FDTD) 顯 微 數(shù) 字 全 息 術(shù) 軸 對 稱 矢 量 光 束軸 向 偏 振 光 的 研 究光 子 晶 體 與 光 子 晶 體 光 纖表 面 等 離 子 體 共 振 傳 感 器 溫 度 特 性金 屬 納 米 顆 粒 的 光 學 性 質(zhì) 及 應 用散 射 與 諧 振 Institute of Photonics, University of Science and Technology of China 象 差 的 幾 何 理 論(第 5章 ) 1.工 作 面 積 大 ， 系 統(tǒng) 厚 度 小 ， 如 350mm * 180mm * 10mm； 2.能 夠 實 現(xiàn) 手 指 、 橡 皮 、 鍵 盤 按 鍵 等 物 體 的 多 點 位 置 實 時 跟 蹤 ； 3.結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 簡 單 。隱 失 場 散 射 信 息 輸 入 裝 置 關(guān) 鍵 技 術(shù) 及 手 指 跟 蹤實 時 探 測 弱 背 景 高 對 比 度 光 散 射 信 號 ；系 統(tǒng) 分 析 并 解 決 多 重 像 問 題 ；解 決 了 水 平 和 豎 直 兩 個 方 向 上 的 大 視 差 問 題 ；解 決 了 對 大 景 深 問 題 和 像 面 不 垂 直 于 透 鏡 光 軸 問 題 。 手 指 跟 蹤 光 學 三 角 定 位 跟 蹤 成 像 系 統(tǒng) 的 高 階 畸 變 片 光 照 明 及 背 景 噪 聲 抑 制 CMOS動 態(tài) 閾 值 控 制 系 統(tǒng) 設 計 及 參 數(shù) 優(yōu) 化 OAAO AaO2ay . 300 mm.P(x,y)Object 200 mmMeasurement AreaLens 1Lens 2OO xxxCMOS 1CMOS 2b y.P(0,0)a LEDLEDAB abx O A OA 工 作 范 圍 ： 80 mm 100mm 靜 態(tài) 漂 移 ： x 方 向 小 于 0.08mm y 方 向 小 于 0.05mm 分 辨 率 ： Rx = 0.08 0.16mm Ry = 0.05 0.1mm 定 位 精 度 ： x. y方 向 小 于 2mm 二 維 定 位 跟 蹤 系 統(tǒng) 演 示系 統(tǒng) 指 標 及 演 示 象 差 的 產(chǎn) 生 和 分 類鏡 頭 孔 徑 較 大 ， 成 像 不 滿 足 近 軸 條 件成 像 光 錐 不 共 心波 陣 面 偏 離 球 面 形 狀單 色 像 差 (monochromatic aberration)色 差 (chromatic aberration) 波 象 差對 于 小 像 差 光 學 系 統(tǒng) ， 常 常 用 波 象 差 來 評 價 其 成 像 質(zhì) 量 。 波 象 差 也 稱 為光 程 差 (OPD, Optical path difference)。 P1*是 P0的 高 斯 象 ， 矢 量 稱 為 光 線 的 象 差 。*1 1 1P P 物 平 面 、 象 平 面 和 光 瞳 平 面 象 差 基 本 表 達 式 波 象 差 可 用 光 程 長 度表 示 0 0 1 QQ PQ PO 其 中 和 位 于 同 一 波 陣 面 。1OQ 冪 級 數(shù) 展 開 式象 差 函 數(shù) 可 表 示 為 兩 個 矢 量 和 的 三 個 標 積 的 函 數(shù)象 差 函 數(shù) 展 開 為 相 對 于 四 個 坐 標 的 冪 級 數(shù) 0 0 0( , )r X Y ( , )r X Y2 2 20 0 0r X Y 2 2 2r X Y 0 0 0r r X X YY 2 2 (4) (6)0 0( ) .c X Y ， 無 零 次 方 項 。(0,0;0,0) 0 2 20 0( )X Y 項 的 存 在 表 示 參 考 球 面 的 球 心 不 是 準 確 地 位 于 高 斯 象平 面 上 。二 次 項 不 存 在 是 因 為 ： 該 項 會 引 起 線 性 依 賴 于 坐 標 的 光 線 象 差 ， 這與 P1*是 P0的 理 想 高 斯 象 相 矛 盾 。 初 級 象 差 賽 德 耳 象 差(4) 4 2 2 2 2 2 3 30 0 0 01 1cos cos cos4 2B Cy Dy Ey Fy 1 sin 1 cos 2 2 20 0r x y 2 2 21 1 2 0 1 0 1x y 光 線 象 差 分 量 表 達 式 ： (3) 3 2 20 0sin 2 sin cos sinx B Fy Dy (3) 3 2 2 2 30 0 0cos (1 2cos ) (2 ) cosy B Fy C D y Ey 1. 球 面 象 差 Spherical aberration 0B (3) 3(3) 3sincosx By B 象 差 曲 線 是 同 心 圓 ， 其中 心 在 高 斯 像 點 處 ， 其半 徑 隨 環(huán) 帶 半 徑 的 三 次 方 增 大 ， 但 與 物 在視 場 中 的 位 置 無 關(guān) 。 P 不 同 大 小 球 差 的 照 片 球 差 的 校 正 ： 加 光 闌 復 合 透 鏡 ， 如 正 負 透 鏡 組 合 、 球 面 曲 率 及 折 射 率 的 配 合 等 非 球 面 透 鏡 變 折 射 率 透 鏡 2. 象 散 Astigmatism 0C (3)(3) 2002 cosxy C y 軸 外 物 點 發(fā) 出 的 同 心 光 束 ， 水 平 方 向 和 豎 直 方 向 的 光 線 的 聚 焦 點 在不 同 平 面 上 . 如 果 光 學 鏡 頭 在 加 工 和 裝 調(diào) 時 沒 有 偏 心 ， 又 沒 有 傾 斜 放 置 的 平 板玻 璃 或 棱 鏡 ， 那 么 軸 上 點 成 像 是 不 會 有 像 散 的 。 因 此 說 ， 像 散 是軸 外 點 的 像 差 。 當 物 點 離 外 光 軸 逐 漸 遠 時 ， 那 么 像 散 也 將 逐 慚 增加 。像 散 的 校 正 ： 復 雜 復 合 透 鏡 加 光 闌 非 球 面 透 鏡 3. 場 曲 Field curvature 0D (3) 20(3) 20 sincosx D yy D y 象 散 和 場 曲 都 是 由 于 物 點 離 光 軸 較 遠 、 光 束 傾 斜 度 較 大 引 起 的 。 4. 慧 差 Coma 0F (3) 20(3) 20 sin22 cos2x Fyy Fy 靠 近 光 軸 的 物 點 發(fā) 出 的 大 孔 徑光 線 不 聚 焦 于 一 點 . 不 同 大 小 慧 差 的 照 片慧 差 的 校 正 ： 復 合 透 鏡 加 光 闌 非 球 面 透 鏡 5. 畸 變 Distort