光学（optics)，是研究光（电磁波）的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。传统的光学只研究可见光，现代光学已扩展到对全波段电磁波的研究。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。
光学的起源在西方很早就有光学知识的记载，欧几里得(Euclid，公元前约330～260)的<反射光学>(Catoptrica)研究了光的反射；阿拉伯学者阿勒·哈增(AI-Hazen，965～1038)写过一部<光学全书>，讨论了许多光学的现象。
光学真正形成一门科学，应该从建立反射定律和折射定律的时代算起，这两个定律奠定了几何光学的基础。17世纪，望远镜和显微镜的应用大大促进了几何光学的发展。
光的本性（物理光学）也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传播的性质。19世纪以前，微粒说比较盛行。但是，随着光学研究的深入，人们发现了许多不能用直进性解释的现象，例如干涉、衍射等，用光的波动性就很容易解释。於是光学的波动说又占了上风。两种学说的争论构成了光学发展史上的一根红线。
狭义来说，光学是关于光和视见的科学，optics(光学)这个词，早期只用于跟眼睛和视见相联系的事物。而今天，常说的光学是广义的，是研究从微波、红外线、可见光、紫外线直到X射线的宽广波段范围内的，关于电磁辐射的发生、传播、接收和显示，以及跟物质相互作用的科学。光学是物理学的一个重要组成部分，也是与其他应用技术紧密相关的学科。
随着先进的光学技术的不断更新，越来越多的光学技术人员发表了专业的光学技术论文。本文带您看2012年OFweek光学网十大技术论文：
一、光学零件加工主要难点的分析
本文根据光学零件在当今科学技术中的重要作用，阐述了球面及非球面光学零件的各种加工方法及其难点，讨论解决加工难点的方向和可行方法。
1光学零件的重要性及其加工技术的现状
随着现代科学技术的不断发展，光技术在航天、航空、天文、电子、激光以及光通讯等众多领域的应用越来越广泛，在激烈竞争的科学技术、经济和国防等领域显得越来越迫切和重要。而且光技术中所需的光学零件越来越向高精度、微型化和超大型化方向发展，这就使过去的传统光学零件加工技术很难适应新的发展需求。为此，各技术先进国家投入大量的人力物力研发加工各种光学零件的新技术。由于光技术中所需的光学零件的种类和形状很多，所涉及的加工技术的设备和加工方法种类也很多。其中镜头的加工技术最具有代表性。当前就透镜和反射镜的加工技术，除传统加工技术外，已研发出的有数控车削技术、数控磨削技术、数控抛光技术、塑料注塑技术、玻璃模压技术、激光飞秒加工技术、复制技术和电解技术等等。而新近所研发出的多种加工技术几乎都是为了解决非球面镜头的加工问题而提出的。但每一种加工方法均有其应用范围的局限性。如数控加工、磁流变抛光和离子抛光适用于单件小批量，而注塑、模压和复制等技术适用于大批量加工。一般而言，不论单个玻璃透镜，还是用于注塑和模压的模具的型腔，均需使用磨削方法精磨后再抛光才能达到精度和粗糙度的质量要求，所以精磨是保证精度和提高加工效率的重要工序，为了更加提高加工效率，目前国外有的学者正在进行以磨削代替抛光的研究。由于磨削和抛光机理不同，能否真正实现以磨代抛很难预言，但就当前情况而言，从加工效率考虑，主要是以磨削方法最大限度地提高面形精度和降低表面粗糙度，而以抛光方法最终来保证表面质量并对面形进行微小修正。
如何提高精磨的面形精度、降低表面粗糙度是提高光学透镜加工效率的重要措施之一。为此作者对精磨过程进行了分析，讨论了精磨加工中的难点和改进的方向以及可行方法。
2光学零件加工原理及方法
由于光学零件的种类和形状多种多样，研发出的加工原理及方法也种类繁多，可查得具体的加工原理有50多种。但就其加工原理大体可分为如下四大类：变形加工原理，附加加工原理，变质加工原理和去除加工原理。
(1)变形加工原理：有热变形、注塑成型、模压等。
(2)附加加工原理：有涂镀、蒸镀、离子镀，、电镀、电铸和树脂复制等。
(3)变质加工原理：有以渗透的方法沿轴向或径向改变材质的折射率的方法。
(4)去除加工原理：有传统手工研磨抛光、成型工具轨迹成型、仿形靠模轨迹成型、机构轨迹成型和数控轨迹成型方法等。
对上述所有加工方法的原理进行分析，容易得出轨迹成型原理是最基本的加工原理的结论。如变形加工方法中热变形、注塑成型以及模压成型都必须预先用一种轨迹加工方法制好一种模具才行，附加加工方法中的涂镀、蒸镀、离子镀、电镀、复制以及电解，也必须事先有一个按某一种轨迹方法加工好的工件或模具才行，变质加工方法中也是事先有一个按某一种轨迹方法加工好的工件，才能实施离子渗透来改变轴向或径向改变折射率，而所有去除加工方法全都是直接用某一种轨迹成型的。因此，对所采用的具体轨迹成型原理的分析是查找加工难点的最合理、有效的分析方法。
3光学透镜加工难点的原因分析
不论用任何一种方法加工一个零件，其面形精度和表面质量是同时产生的一种质量状况，就当前加工技术而言，单纯要求很高精度的面形或单纯要求很高质量的表面，并不是很难的技术，但同时要求很高的面形精度和很高的表面质量是一种很难的加工技术，而光学零件加工技术就是这样一种很难的加工技术。所以光学零件加工技术也是代表一个国家超精密加工技术的水平。作者从分析现今普遍所采用的几种加工方法入手分析了加工的主要难点所在。
3.1传统的手工加工方法的难点
光学零件的原始加工方法是从手工加工方法开始的，而且至今是一种对少量的超小型或大型或特殊形状的光学零件加工非常行之有效的加工方法。实际上，人手是“万能”的，光学加工“手艺人”手拿着工具一点一点地去除多余部分，边加工、边检测，直到合格为止，这是一种以工具的某一部分轨迹逐渐去除材料的轨迹加工方法。手工加工方法，具有加工品种和尺寸多样，设备和工具简单、投入少、灵活等优点，但加工周期长、重复性差和要求操作者技术水平高等缺点使其不适应批量和大量生产。手工加工方法造成上述缺点的根本原因在于操作者所依据的加工轨迹是非常随意的工具的轨迹，而不是加工中可依据的准确轨迹所致。
二、近朗伯光型LED透镜的光学设计
根据朗伯光源的特点，定义近朗伯光源函数，设计LED透镜的光学模型，求得LED的截面曲线方程，运用龙格库塔法求解方程并在MATLAB中使用多项式拟合获得相关数据及修正后的数据，通过Tracepro仿真得到希望的LED近朗伯光源封装模型数据及仿真效果。提出一种LED近朗伯光源光学模型封装的简化设计方法。
朗伯光源是自然界广泛存在的一种光源，太阳、毛玻璃灯罩、积雪、白墙均可看作朗伯光源。LED芯片本身就是朗伯光源，发光光束角2θ1/2为120°，由于光束角较大，其发光强度较低，且早期的芯片光电转换效率也较低，为获得较大的光强，需要设计LED的封装透镜光学结构，控制LED的出光光束角，将其光束集中在一定的方向，于是便出现了不同光束角如120°、90°、60°、30°等的LED器件。光束角为120°的LED朗伯光型光源各向同性，是较理想的光型。对应其他发光光束角的LED器件，通常设计为近朗伯光源的封装光学透镜以期获得较好的出光光型。
目前LED技术飞速发展，大功率LED器件流明发光效率已达到100lm/W的较高水平。这些不同光束角的LED器件作为局部定向信号或照明光源，其应用灵活、可选择性强，但其性价比仍然偏高。近朗伯光源器件的设计应用可减小LED数量、增加节能效果、降低工程造价、提高LED半导体光源的应用水平。
1朗伯光源
在光度学中，朗伯光源在某一方向上的发光强度Iθ等于该光源发光面垂直方向上的发光强度Io乘以方向角的余弦，如图1，朗伯体也称为余弦发射体，朗伯光源又称为余弦体光源。朗伯光源在θ角方向光强为
Iθ=Iocosθ
在LED的许多应用中，人们希望LED器件发光表现为朗伯光源特征。如LED显示屏、LED信号灯等，此时要求光源能在各个方向上的亮度一致。据光度学亮度定义如图2，对应朗伯光型的LED光源在θ角方向亮度为
Lθ=Iθ/dscosθ=Io/ds (2)
式中，L的单位为尼特，1nt=1cd/㎡；d为透镜厚度。
由式(2)知，任意方向的Lθ=Io/ds为一定值，故人眼在任意方向观看朗伯光源所感知的亮度是相同的，即所谓朗伯光源是各向同性光源。
通常LED行业将LED器件的光束角2θ1/2作为衡量光束发光角度标准。半值角θ1/2是指LED发光强度值为轴向强度值一半时的发光方向与发光轴向(法向)的夹角。由式(1)知，Iθ=Io/2，cosθ=1/2，故朗伯型光源的出光光束角2θ1/2为120°。
2近朗伯光源
在LED一些应用中，要求光束能集中在一定的方向上。如光束角2θ1/2为90°、60°、30°等的LED器件，其光束角2θ1/2不等于120°，此时LED器件发光不能表现为朗伯光源特征，但在LED行业通常用朗伯光源来衡量LED光源配光质量，于是出现了非理想余弦分布的近朗伯光源LED器件，虽然亮度不能各向同性，但近朗伯光源也能表现出符合人眼视觉特征的某些特点，如光强分布曲线可导、亮度连续变化等，其光强分布函数可以表示为
三、非球面透镜技术
非球面透镜技术概述
1，技术原理
非球面透镜，曲率半径随着中心轴而变化，用以改进光学品质，减少光学元件，降低设计成本。非球面透镜相对于球面透镜具有独特的优势，因此在光学仪器、图像、光电子工业得到了广泛的应用，例如数码相机、CD播放器、高端显微仪器。
非球面透镜一般定义如下：
Z，旋转对称轴
s，径向距离
C，弧度(曲率半径的倒数)
k，曲面常数(K=0 球面；k > -1 椭圆面；K=-1 抛物面；k< -1 双曲面)
A4 A6 A8，高次非球面系数
随着非球面透镜的普及，更为准确的描述如下：
Cbfs，最佳拟合曲率
ρ，径向距离
u = ρ/ρmax
Qmcon，正交基非球面系数
am，归一化
非球面透镜最大特点是曲率半径随着中心轴不断变化，而不像球面透镜是个常数(如图1)。 非球面透镜曲率半径变化的设计用以改进光学品质。
2，对比优势
a 球差校准
非球面透镜用以替换球面透镜，最显著的优势在于可以修正球面透镜在准直和聚焦系统中所带来的球差。通过调整曲面常数和非球面系数，非球面透镜可以最大限度的消除球差。如图2，右图非球面透镜(光线汇聚到同一点，提供光学品质)，基本上消除了左图球面透镜所产生的球差(光线汇聚到不同点，导致成像模糊)。
图3，采用三片球面透镜，增大有效焦距，用于消除球差。但是，一片非球面透镜(高数值孔径，短焦距)就可以实现，并且简化系统设计和提供光的透过率。
四、光谱技术的应用及前景
光波是由原子内部运动的电子产生的。各种物质的原子内部电子的运动情况不同，所以它们发射的光波也不同．研究不同物质的发光和吸收光的情况，有重要的理论和实际意义，已成为一门专门的学科－－光谱学。
发射光谱物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱有两种类型：连续光谱和明线光谱。
连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连续光谱。例如电灯丝发出的光、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。
只含有一些不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫做谱线，各条谱线对应于不同波长的光。稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子光谱。观察气体的原子光谱，可以使用光谱管，它是一支中间比较细的封闭的玻璃管，里面装有低压气体，管的两端有两个电极。把两个电极接到高压电源上，管里稀薄气体发生辉光放电，产生一定颜色的光。
观察固态或液态物质的原子光谱，可以把它们放到煤气灯的火焰或电弧中去烧，使它们气化后发光，就可以从分光镜中看到它们的明线光谱。
实验证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种元素的原子都有一定的明线光谱。每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此，明线光谱的谱线叫做原子的特征谱线。利用原子的特征谱线可以鉴别物质和研究原子的结构。
吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。例如，让弧光灯发出的白光通过温度较低的钠气（在酒精灯的灯心上放一些食盐，食盐受热分解就会产生钠气），然后用分光镜来观察，就会看到在连续光谱的背景中有两条挨得很近的暗线，这就是钠原子的吸收光谱。值得注意的是，各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的发射光谱中的一条明线相对应．这表明，低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此，吸收光谱中的谱线（暗线），也是原子的特征谱线，只是通常在吸收光谱中看到的特征谱线比明线光谱中的少。
光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成，这种方法叫做光谱分析。做光谱分析时，可以利用发射光谱，也可以利用吸收光谱。这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。某种元素在物质中的含量达10-10克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来。光谱分析在科学技术中有广泛的应用：
在检查半导体材料硅和锗是不是达到了高纯度的要求时，就要用到光谱分析；
在历史上，光谱分析还帮助人们发现了许多新元素，例如：铷和铯就是从光谱中看到了以前所不知道的特征谱线而被发现的；
光谱分析对于研究天体的化学组成也很有用。十九世纪初，在研究太阳光谱时，发现它的连续光谱中有许多暗线。最初不知道这些暗线是怎样形成的，后来人们了解了吸收光谱的成因，才知道这是太阳内部发出的强光经过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱。仔细分析这些暗线，把它跟各种原子的特征谱线对照，人们就知道了太阳大气层中含有氢、氦、氮、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠等几十种元素。
五、光学系统设计缺陷的空间光线追迹分析
本文对该部门承担研制的一个激光热处理实时变换系统的故障原因进行诊断。利用空间光线追迹方法，我们找到了故障原因及原光学系统的设计缺陷，提出了对光学系统的改进方案。按照改进方案重新研制光学系统后，达到原设计的性能要求。本文介绍利用空间光线追迹方法对原光学系统设计缺陷诊断的研究工作。
1光学系统简介
图1为所研究光学系统的示意图，图中，来自激光设备的光束自左向右入射到抛物柱面反射镜S1上，反射光束被另一抛物柱面反射镜S接收并反射到平面反射镜M1，经M1再次反射的光线投向劈形分割反射镜Mp后，将被Mp分割反射为两束光，它们分别被两面对称放置的平面反射镜接收和反射，最后，在Mp后工作平面上重新叠加，完成光束的变换及叠加过程。
从形式上看，该光学系统是一个简单的光束双分割叠加系统，然而，光学系统的两个抛物柱面镜是由金属反射板弯曲形成的，通过伺服控制机构，可以由计算机精确控制反射板的弯曲角，实时改变两面抛物镜的曲率半径比。这样，在始终保持两抛物镜的焦线重合的情况下，设计者期望从抛物柱面镜S出射的光束成为截面尺寸在垂直方向实时变化的平行光。此外，设计者还让劈形分割镜Mp受另一伺服控制机构控制，根据需要由计算机实时控制在图面上进行平动。这样，经平面反射镜反射到达Mp的光束将被实时地在不同部位被分割，通过两束光按不同相对位置进行叠加，在光学系统后形成功率密度分布实时变化的光束，为激光热处理的实时优化控制服务。
根据傅里叶光学理论，当射向劈形分割镜Mp的光束是截面为椭圆形的基模高斯光束时，通过光学系统的变换，在光学系统后的工作平面上将应得到一序列由两瓣非对称分割的椭圆高斯光束的衍射叠加光斑。图2给出了叠加光斑的两种可能的功率密度分布。然而，事与愿违，光学系统安装成功后，虽然设计者尽了最大努力对光学系统进行调试，却始终未能达到所期待的设计目标，甚至，为能够在工作平面上找到光束，对光学系统的调试都十分困难。
2空间光线追迹对光学系统性能的彷真研究
2.1光学系统原理的可行性讨论
为研究方便，可将光学系统分为两个部分，其中，两个抛物柱面镜构成的系统为装置1，其余为装置2。不难看出，装置2等效于文献[2]中研究过的透射式双分割光学系统，只要入射激光为椭圆高斯光束，在叠加平面上必然能够得到形式如图2的光束分布。因此，仅需对装置1作认真研究。
由于抛物柱面镜可以对光束沿垂直于柱面母线方向进行尺寸变换是装置1的设计基础，因此，有必要对抛物柱面反射镜对光线的反射规律进行研究。图3示出一个理想的抛物柱面反射光线时的坐标定义图，图中，I，N及R分别为一个任意给定的入射光线单位矢量、入射点的单位法线矢量以及反射光线的单位矢量，在三维空间中反射定律可以用以下矢量关系表出：
(1)
令为抛物柱面方程，图中入射点的坐标为p(x1，y1，z1)，利用解析几何知识及公式(1)不难得出抛物面上p点的法线及反射光线单位矢量各分量的表达式：六、光谱分析仪光学系统的优化设计方法
该方法以光线光学为依据，在光源和光瞳上以高密度取样，将追迹实际取样光线得到的点列图作为评价依据， 根据光谱分析系统的评价指标，将整个系统以单色器入口为分界点分为两个子系统，分别对其进行优化设计，研制了对结果的后处理模块，并将其集成到光学设计软件中去。给出了一个原子吸收分光光度计光学系统实例，使用波段为 190~860nm。设计结果和样品实验表明，该系统达到 0.3nm 的光谱分辨力要求。
光谱分析仪器通过检测样品的吸收或发射光谱，达到分析样品组分，监测样品质量的目的，在生化，医学，药物临床，化学化工，仪器卫生，环境监测等方面具有广泛用途，是分析复杂混合物不可缺少的手段。凭物质的红外光谱图可以推断出分子中存在的基团或键，确定分子化学结构，而紫外光谱可作为定量分析最有用的工具之一，在测量微量，超微量组分中具有很高的灵敏度。光谱分析仪器中，光学系统具有重要的作用。要求光源发出的具有一定光谱范围的光经过光学系统后，能够被分离出样品的吸收或发射光谱。这种以分光为目的的光学系统与常规成像光学系统相比，在评价指标与设计方法上有很大的不同。
基于实际光线光路计算的光谱分析仪器光学系统的优化设计方法，依照光谱分析仪器质量评价指标，给出了相应的算法，研制了对光路计算结果的后处理模块，给出了计算实例。
1 光谱分析仪器光学系统的特点
光谱分析仪器光学系统一般包括前置光学系统与光谱分离部分两个子系统，通常含有常规反射元件与衍射光学元件[2-3]，有的还包括透射光学元件。
由图中可以看出，光源(通常是面光源)发出的光经过前置光学系统在单色仪入口处会聚成高能量密度的均匀光柱，该光柱作为单色器的二次光源，发出的光经单色器中的衍射光学元件分光，再会聚到接收面上形成光谱。目前分辨力较高的单色器大多采用衍射光栅分光，其衍射公式为
式(1)中θi为入射角，θd为衍射角， N 为衍射级，λ为光的波长，1/d 为光栅常数。不同波长的零级衍射光出射方向都相同，其他各级主极大衍射光对不同的波长将有不同的方向。为了有足够的能量供检测，同时又将各波长的光谱区分开，通常采用+1 级或-1 级衍射光。常规成像光学系统以成像为目的，而光谱分析光学系统以光谱分离为目的，因此具有不同的质量评价要求，其中包括单色器入射光柱光强均匀性、在较宽的入射波段内具有较高的光谱分辨力等。因此，常规的成像光学系统的质量评价方法如几何像差、波像差、传递函数等在此将不再适用，有必要根据以上要求对从光源到接收面的光路作全面分析，对每一条可能的光路进行计算，从而在单色器入口处得到能量集中且光强均匀的入射光柱，在接收面上得到较高的光谱分辨力和信噪比。
2 系统优化设计方法与评价软件
整个光谱分析光学系统分为两个部分，进行分段优化设计。为了保证系统评价的准确性，在光源和光瞳上以高密度取样作实际光线追迹，以此产生的一系列点列图作为一个评价依据。这部分工作可以由常用的光学系统设计软件来完成。对于光学系统的第一个部分，即从光源到单色器入口，为了节省仪器空间，这部分光路往往须有一次以上的转折，最终要求光源发出的光在单色器入口处形成能量集中且光强均匀的入射光柱。也就是说，该处应形成满足一定要求的像散光束，故此处光路中通常含有复曲面。计算时应根据单色器入射光柱的大小对该前置光学系统进行优化。在光瞳上取样可以由光学系统设计软件自动完成，而在光源上取样是对视场取样，一般光学设计软件对视场的设置极其有限，如 ZEMAX 一次最多只能计算12 个视场，所以必须做多次计算与优化。图2 是对图1 所示的光学系统在波长为 210nm、436nm 和 860nm 处分别作高密度取样光线计算所得到的单色器入口处的迭加点列图。
七、LED的光学特性
发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。
1 发光法向光强及其角分布Iθ
发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。
发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）
⑴为获得高指向性的角分布
①LED管芯位置离模粒头远些；
②使用圆锥状（子弹头）的模粒头；
③封装的环氧树脂中勿加散射剂。
采取上述措施可使LED2θ1/2=6°左右，大大提高了指向性。
⑵当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）圆形LED：5°、10°、30°、45°
2 发光峰值波长及其光谱分布
⑴LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线－－光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。
LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。
下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线。其中LED光谱分布曲线
=
1蓝光InGaN/GaN2绿光GaP：N3红光GaP：Zn-O
4红外GaAs5Si光敏光电管6标准钨丝灯
①是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp=460～465nm；
②是绿色GaP：N的LED，发光谱峰λp=550nm；
③是红色GaP：Zn-O的LED，发光谱峰λp=680～700nm；
④是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp=910nm；
⑤是Si光电二极管，通常作光电接收用。
由图可见，无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。只有单色光才有λp波长。七、LED的光学特性
发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。
1 发光法向光强及其角分布Iθ
发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。
发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）
⑴为获得高指向性的角分布
①LED管芯位置离模粒头远些；
②使用圆锥状（子弹头）的模粒头；
③封装的环氧树脂中勿加散射剂。
采取上述措施可使LED2θ1/2=6°左右，大大提高了指向性。
⑵当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）圆形LED：5°、10°、30°、45°
2 发光峰值波长及其光谱分布
⑴LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线－－光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。
LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。
下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线。其中LED光谱分布曲线
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1蓝光InGaN/GaN2绿光GaP：N3红光GaP：Zn-O
4红外GaAs5Si光敏光电管6标准钨丝灯
①是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp=460～465nm；
②是绿色GaP：N的LED，发光谱峰λp=550nm；
③是红色GaP：Zn-O的LED，发光谱峰λp=680～700nm；
④是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp=910nm；
⑤是Si光电二极管，通常作光电接收用。
由图可见，无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。只有单色光才有λp波长。七、LED的光学特性
发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。
1 发光法向光强及其角分布Iθ
发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。
发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）
⑴为获得高指向性的角分布
①LED管芯位置离模粒头远些；
②使用圆锥状（子弹头）的模粒头；
③封装的环氧树脂中勿加散射剂。
采取上述措施可使LED2θ1/2=6°左右，大大提高了指向性。
⑵当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）圆形LED：5°、10°、30°、45°
2 发光峰值波长及其光谱分布
⑴LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线－－光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。
LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。
下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线。其中LED光谱分布曲线
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1蓝光InGaN/GaN2绿光GaP：N3红光GaP：Zn-O
4红外GaAs5Si光敏光电管6标准钨丝灯
①是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp=460～465nm；
②是绿色GaP：N的LED，发光谱峰λp=550nm；
③是红色GaP：Zn-O的LED，发光谱峰λp=680～700nm；
④是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp=910nm；
⑤是Si光电二极管，通常作光电接收用。
由图可见，无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。只有单色光才有λp波长。七、LED的光学特性
发光二极管有红外（非可见）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。
1 发光法向光强及其角分布Iθ
发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性：位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而强度依赖角方向。
发光强度的角分布Iθ是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）
⑴为获得高指向性的角分布
①LED管芯位置离模粒头远些；
②使用圆锥状（子弹头）的模粒头；
③封装的环氧树脂中勿加散射剂。
采取上述措施可使LED2θ1/2=6°左右，大大提高了指向性。
⑵当前几种常用封装的散射角（2θ1/2角）圆形LED：5°、10°、30°、45°
2 发光峰值波长及其光谱分布
⑴LED发光强度或光功率输出随着波长变化而不同，绘成一条分布曲线－－光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之而定。
LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及pn结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。
下图绘出几种由不同化合物半导体及掺杂制得LED光谱响应曲线。其中LED光谱分布曲线
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1蓝光InGaN/GaN2绿光GaP：N3红光GaP：Zn-O
4红外GaAs5Si光敏光电管6标准钨丝灯
①是蓝色InGaN/GaN发光二极管，发光谱峰λp=460～465nm；
②是绿色GaP：N的LED，发光谱峰λp=550nm；
③是红色GaP：Zn-O的LED，发光谱峰λp=680～700nm；
④是红外LED使用GaAs材料，发光谱峰λp=910nm；
⑤是Si光电二极管，通常作光电接收用。
由图可见，无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λp表示。只有单色光才有λp波长。八、光学表面的光散射测量方法
光学表面的光散射测量方法为目前测量光学元件表面散射特性的一种主要技术，主要包括角分辨测量法和总积分测量法。本文对上述两种测量方法的基本原理和实验装置进行了系统的阐述，并对两种方法进行了比较分析。最后讨论了散射测量方法发展的趋势。
随机粗糙光学表面的粗糙度是量度光学元件表面特征的一项重要指标，通常为纳米量级甚至更低。随着光学技术的飞速发展及其应用领域的不断扩大，光学元件表面粗糙度及其引起的光散射越来越受到人们的普遍关注，已经成为光学元件散射特性研究中的基础和关键问题之一。利用光散射测量光学粗糙表面是目前发展较为快速和成功的技术，人们对这种技术做了大量的研究工作，使得光散射系统已经成为测量光学元件表面质量的主要手段之一。概括起来，光学表面的散射测量方法主要包括角分辨散射测量法和总积分散射测量法，二者分别以矢量散射理论和标量散射理论为理论基础。
1角分辨散射测量法
角分辨散射(AngleResolvedScattering，简称ARS)测量法是利用散射光的光强及其分布来测量表面粗糙度参数。一束激光投射到样品表面上后，其镜向方向的反射光和散射光分布在一个半球面内，半球面内各点的光强不同。当表面非常光滑时，光强主要分布在镜向方向。表面越粗糙，镜向方向的反射光强就越弱，其它点的散射光就越强。用光探测器接收这些不同分布的光强，然后经过统计学和光谱分析或者经过光的反射散射计算，就可以得到被测表面的粗糙度值。
在ARS测量装置中，通常以样品为中心，光电探测器围绕样品在入射平面内作接近180°或360°的转动，从而测得非入射平面内的散射光。样品一般能转动和平动，以测量斜入射下的散射特性和扫描样品上各点的散射系数。在测量中，散射信号很小，通常要采用锁相放大器。此外，由于测量数据很多，所以常常采用计算机进行自动采集和分析数据。图1即为一种典型的角分辨散射测量仪器。
2总积分散射测量法
在总积分散射(TotalIntegratedScattering，简称TIS)测量法中，入射光以很小的入射角照射到随机粗糙表面上，用积分球收集粗糙表面散射的漫反射光或者包含镜向反射在内的总体反射光。标量散射理论在微粗糙度条件下建立起了样品表面最基本的综合统计特征参数-均方根(RootMeanSquare，简称RMS)粗糙度σ与其所有反射方向上的总积分散射TIS之间的关系，从而使TIS法成为一种测量表面均方根粗糙度的便捷方法。
σ的表达式
可见，TIS与反映物体表面不规则起伏程度的RMS粗糙度有关。实际工作中，对于一般研磨和抛光加工所得到的表面，其微观起伏通常具有高斯分布特征，所以根据表面均方根粗糙度就可以了解表面微观形貌的全部统计特征。因此通过测量样品表面的总积分散射就可以很方便地得出表面RMS粗糙度，并且可把它作为平面表面光滑程度的重要质量指标。
TIS测量装置主要有两种类型。一种装有Coblentz半球，即内壁镀有铝、银等金属膜的半球，激光光源垂直照射到置于半球后面的样品上，被粗糙表面散射的光强由Coblentz半球采集；另一种是用积分球，光源以微小的角度照射到样品表面上，被表面散射的偏离镜向反射方向的那部分光强由积分球收集。
图2所示的总积分散射测量装置具有Coblentz球，可分别进行背散射或前散射测量，并可分别采用激光器和紫外灯作光源，可测量的波段范围为193nm—10·6μm。此装置还可以在真空环境或以氮气为净化气体的条件下对157nm波长进行测量。在背散射测量过程中，利用He-Ne激光器作为光源，波长为632·8nm。在2—85°的空间范围内被散射到后半球的光强被Coblentz球所收集，然后被成像到探测元件上。光线照射到样品上的入射角接近于零度，镜向反射光束通过Coblentz球的入射光孔反射出去。九、豪华汽车内部光学照明新设计
如果你有幸拥有或试驾过当今的欧洲豪华汽车，你就可能注意到什么是汽车中的“舒适照明”。不仅仅是内部照明，它还包括在不同车内空间使用情绪设置模式来控制“个人空间”的光线颜色和亮度，例如，驾驶员脚下空间或控制台的背光等。舒适照明可以做得非常漂亮，并为车内乘客提供舒缓的空间氛围。这可以是常规内部照明的补充，或完全替代“车内顶灯”照明。
用于发光指示的LED在当今汽车照明应用中被大量采用。它们可以被集成在门把手附近、用于钥匙孔照明，或者后视镜上的转向闪灯，以及踏板照明和杯架照明等。发光指示的形状可以非常简单（直接透光），也能做得非常复杂，如图1所示，来满足精确照明的需要。
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图1汽车照明中的LED和发光指示
你可能非常疑惑，光线看起来是怎么被弯折90°或180°仍然有足够的光输出，实现以精确的亮度和覆盖度来完美地照亮门把手的区域。这种可能性几乎是无限的，它仅仅受内部照明设计人员的设计思想、风格和功能观念限制。
最近的市场调查表明，在欧洲、亚洲和美国，几乎全部的汽车制造商都计划在它们的新款轿车中使用某种非传统照明或指示系统，这取决于豪华功能的配置。然而，这些照明系统有非常严格的设计考虑，包括导光管密闭性、波长质量和一致性，以及试验测试等。
导光管密闭性
这些系统的一个主要设计考虑是光线在导光管内的密闭程度，在光源照射目标时应该限制光线的损失。光线一旦从光导管中发出，就应该只照射到目标范围内而不会照到目标范围之外。
这些设计需求中的两种可以通过合理处理导光管的内表面，以及通过构造合适的光线出射点的散射形状和校准表面来控制光线如何射出导光管。由于LED的光辐射表面只有标准白炽灯的一小部分，所以任何光的损失都可能是“成功设计”到“不稳定原型”的一个分界点。
如图2所示，光线可以从安装在小尺寸PCB板上的表面贴装LED器件发出，并使用限流电阻和反极性保护二极管。光线被直接照到简单或精心设计的导光管上，这是约束光线的极其简单方法。比较常用的方法是用适当的“透镜”或投光面体，安装方法也经常是在轿车内部把它夹进车门嵌板开口的地方、中央控制台或仪表盘上。
图2拆掉了外壳的照明系统内部结构和牌照照明
合适的内表面处理和现代模具技术使光线被导光管高效吸收、限制损失和在内部将光线反射到一定的距离并形成特定的光指示形状成为可能。在以前，有些应该使用白炽灯直接照明的舒适照明设计没有从装饰性的角度考虑，因此它们也没有被用到实际的产品中。换句话说，LED及其导光管与相似的白炽灯相比尺寸、散热、电流需求、总体重量和成本都更低。
舒适照明系统被设计用于照亮某些物体或者使光线集中到某一个区域，因而它们可以营造出特殊的效果，从在车顶棚显示制造商的品牌标志到为了照明一个更大的阴影区域而模拟的光幕效果。
图2所描述的是两个汽车牌照照明的例子。一个例子描述了两个独立、无导光的光源无法完全照亮汽车牌照，而是留有暗区；另一个则描述了使用导光管制造的光幕可以更加均匀地照亮牌照。采用光幕的方式可以取得更好的照明效果，而仅需要很低的电流和很细的导线用来承载这些电流，并取得颜色和照明的更多一致性，更不需要灯泡。十、光学相干层析成像中色散现象的补偿方法
光学相干层析成像技术中，样品的色散特性将降低获取图像的分辨力，通过实验获取了不同色散特性的样品的相干图像。实验采用中心波长为845nm，频谱宽度为26nm的超辐射光源。实验的样品为一块30mm厚的BK7玻璃。根据光源的频谱信息和样品的色散系数，理论计算了OCT信号的包络，并与实验中测得的信号相对比。同时提出了一种新的数值方法，来补偿样品的色散。该方法可在时域或者频域OCT中方便地应用。通过实验验证了该方法的可行性。
1引言
光学相干层析成像(optical coherence tomography，OCT)是近年来快速发展的一种生物组织高分辨力实时成像技术。这种技术基于光源的低时间相干性，采用光外差探测技术，能够高灵敏度、高分辨力地提取样品内部信息，能够对高散射介质实现非侵入探测式快速成像。目前OCT系统已经成功地应用到眼科诊断，皮肤癌诊断，神经外科与神经科学研究，神经外科指导，癫痫脊椎手术，提供临床牙科诊断图，牙外科，牙龈，牙黏膜疾病诊断，密度物质研究等等很多方面。
光学相干层析成像的轴向分辨力近似为所用光源的光学相干长度。光学相干长度与光源的频谱宽度成反比。近年来，使用宽带光源实现关学层析成像的分辨力已经可以达到几微米。虽然使用宽带光源可以大幅度提高分辨力，但是，如果研究的介质的色散系数很大，就会产生一些问题。色散是由于不同频率的光在介质中传播的群速度不同，而引起的相干包络展宽。这种现象会引起图像的分辨力和对比度下降。同时，光学相干层析成像技术广泛应用在癌症和眼科疾病的早期诊断中，由于生物体的性质复杂、成分多样，因此色散引起的图像模糊现象是不可避免的。如果不对色散引起模糊的图像进行校正，容易引起医学上的误诊。目前光学层析技术中的色散补偿方法通常由以下几种：一是在OCT系统中迈克耳逊干涉仪的参考臂和加入与样品臂(生物组织样品)色散性质类似的介质，并调节参考臂位置，实现参考臂和样品臂色散性质匹配；二是利用光栅实现相位延迟扫描，实现色散补偿；三是也可进行数值补偿，通过卷积的方法校正色散。但是这些方法只适用于样品的群折射率色散(dng/dλ)已知，并且反射面在样品中的位置(探测深度)大致不变的情况。如果每次测试的样品厚度变化很大，或样品群色散未知，那么就需要根据待测样品不断调整装置，很不方便。
现提出了一种迭代法优化补偿系数的数值方法，可根据不同样品和探测深度，自动矫正补偿系数。实验装置中，采用了中心波长为845nm，频谱宽度(FWHM)为26nm的超辐射光源(super-luminescentdiode，SLD)，样品则采用了一块厚度为30mm的BK7玻璃。实验中，探测了通过该样品的OCT信号，观测到了包络展宽现象，其形状和包络宽度与理论计算相符合。进一步将这种数值补偿方法用于处理通过色散样品的OCT信号，可以观测到补偿后信号的包络宽度降低，OCT系统的分辨力得到提高。
2实验原理和装置
图1为采用的实验装置简图。采用了光纤型的迈克尔逊干涉仪。超辐射光源和氦氖激光同时耦合入光纤，前者用来产生部分相干光，后者用于对准。实验样品为一块30mm的BK7玻璃，为了增强反射光，在玻璃后表面贴上一块反射镜。InGaAs的探测器用来测量信号的强度。参考臂上的反射镜置于电控平移台上，通过电机驱动来实现轴向扫描。轴向扫描速度为1mm/s，采样速度为40000Hz。轴向扫描速度和采样频率由Labview程序控制，采集的信号强度数据由matlab程序进行处理。
