一些光学概念

偏振 polarization
偏振是光的一种固有属性，偏振态是光的一个独立参数。如果要完整的描述一个/束光的性质，除了频率/波长，振幅/强度，传播方向之外，还需要对它的偏振态进行描述。所谓【偏振光】，是指这光的电矢量

P光和S光:

入射光和反射光决定了一个平面

偏振方向平行于这个平面的光为P光，偏振方向垂直于这个平面的光为S光。

p和s为德文词 平行parallel缩写成P光 垂直senkrecht缩写成s光综上：S光和P光都是线偏振光，只是与入射 面的参照位置不同而已

TE和TM:

电磁场是横波，横向传输，TE叫横电波，TM叫横磁波。

O光和E光:

有些介质会出现双折射现象，O光为正常折射光，E光为非正常折射光。

光电倍增管（PMT）是光子计数器件中的一个重要产品，它是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。

可广泛应用于光子计数、极微弱光探测、化学发光、生物发光研究、极低能量射线探测、分光光度计、旋光仪、色度计、照度计、尘埃计、浊度计、光密度计、热释光量仪、辐射量热计、扫描电镜、生化分析仪等仪器设备中。

光电倍增管是一种真空器件。它由光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极及电子收集极（阳极）等组成。典型的光电倍增管按入射光接收方式可分为端窗式和侧窗式两种类型。当光照射到光阴极时，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，并通过进一步的二次发射得到的倍增放大。然后把放大后的电子用阳极收集作为信号输出。

光电倍增管的分类
直流工作方式：适用于长时间或重复性测量弱光事件；

脉冲工作方式: 适用于短时间或一次性测量弱光事件。要将光电倍增管用在时间过程快、光强变化大, 并且是单次发生的冲击事件等的测量中, 必须使其工作在脉冲状态下, 以提高光电倍增管的动态范围, 并通过一定措施增大信号幅度；

典型的光电倍增管的原理图如图所示。

电子光学聚焦系统：聚焦级D+阴极K 。 它将光电阴极发射的电子汇聚成束并通过膜孔打到第一倍增极。

在高速初电子的激发下，第一倍增极被激发出若干二次电子，这些二次电子在电场作用下达到第二倍增极，又引起更多的二次电子发射，此过程一直持续到D10. 最后，经倍增的光电子被阳极收集而输出光电流，在负载RL上形成电压V0.

结构
电子发射极(阴极)结构

上述结构中，阴极表面电位分布均匀(因额外i有球面形光电阴极+圆筒形电极)，而且从不同方向(阴极中心和边缘)发射的电子轨迹长度相差很小，花费的时间几乎相等。

阳极结构

阳极常常采用栅网状结构，如图所示。

一种光学器件，能产生两束彼此分开的、振动方向互相垂直的线偏振光。它是有由两个直角棱镜组成的，中间用甘油或蓖麻油粘合。

光束分离的原理

一束自然光从一侧入射进入沃拉斯顿棱镜的第一部分时，光束可以认为包含两种线偏振光的成分，一种是振动方向垂直纸面的，此时在1中垂直于1的光轴，自然认为是o光，另一种是平行于纸面的，此时在1中平行于1的光轴，自然认为是e光。然后这两束线偏振光分别通过1、2间的边界进入2中，此时两束光的“身份”发生了变化，垂直纸面的此时变为了2的e光（因为此时其平行于2的光轴），平行的则变为2的o光（垂直于2的光轴）。

双折射材料的o、e光的折射率不同（这也是“双”折射名称的由来），因此同一成分的光，例如垂直于纸面的线偏光，因为在1、2中折射率不同，自然会在界面发生折射。方解石晶体中 （o光的折射率大于e光），因此在两种成分的光的入射角相同的情况下，垂直纸面的光的折射角小于入射角，相反地，平行纸面的光的折射角大于入射角，且两束光折射角与入射角的差的绝对值相等（？）

当然，这些入射光都仍然在法线的同一侧（？），这也是为什么1和2的切角很小的原因（？）

沃拉斯顿棱镜使用的是负单轴晶体，因此总是满足no> ne的条件。

偏振分光棱镜 （polarized beam splitter）

偏振分光棱镜（PBS）是一种将一束入射光分成传播方向互相垂直的两束光的光学元件。但与一般的光学分束元件不同，由它分出的两束光之间有特殊的关系，即：它们都是线偏振光，且偏振方向互相垂直。如下图所示。

Sptial filter 空间滤波器

空间滤波是一种采用滤波处理的影像增强方法。其理论基础是空间卷积和空间相关。目的是改善影像质量，包括去除高频噪声与干扰，及影像边缘增强、线性增强以及去模糊等。分为低通滤波（平滑化）、高通滤波（锐化）和带通滤波。处理方法有计算机处

理（数字滤波）和光学信息处理两种。

空间滤波器是一种光学设备，它使用傅里叶光学的原理来改变光束或其他电磁辐射（通常是相干激光）的结构。空间滤波通常用于"清理"激光器的输出，消除由于不完美、肮脏或损坏的光学元件或由于激光增益介质本身的变化而导致的光束中的像差。这种滤波可用于从多模激光器传输纯横向模式，同时阻挡从光学谐振器发射的其他模式。术语"滤波"表示原始源的理想结构特征通过滤波器，而不需要的特征被阻止。跟随滤波器的装置有效地看到源的高质量但功率较低的图像，而不是直接看到实际源。

在空间滤波中，透镜用于聚焦光束。由于衍射，不是完美平面波的光束不会聚焦到单个点，而是会在焦平面上产生明暗区域的图案。例如，不完美的光束可能会形成一个由一系列同心环包围的亮点，如右图所示。

可以证明，这种二维图案是初始光束横向强度分布的二维傅里叶变换。在这种情况下，焦平面通常称为变换平面。变换图案正中心的光对应于一个完美的宽平面波。其他光对应于光束中的"结构"，距离中心点更远的光对应于具有较高空间频率的结构。具有非常精细细节的图案将产生远离变换平面中心点的光线。在上面的例子中，它周围的大中心光斑和光环是由于光束穿过圆形孔径时产生的结构造成的。光斑被放大，因为光束被光圈限制为有限的尺寸，并且环与光圈边缘产生的光束的锐边有关。这种模式被称为艾里模式，以它的发现者乔治·艾里的名字命名。

通过改变变换平面中光的分布并使用另一个透镜来重整准直光束，可以改变光束的结构。最常见的方法是在光束中放置一个孔径，允许所需的光线通过，同时阻挡与光束中不需要的结构相对应的光线。特别是，仅通过中心亮点的小圆形孔径或"针孔"可以从光束中去除几乎所有精细结构，从而产生平滑的横向强度分布，这几乎可以是完美的高斯光束。凭借良好的光学元件和非常小的针孔，甚至可以近似于平面波。

在实践中，光圈的直径是根据镜头的焦距，输入光束的直径和质量以及其波长（较长的波长需要更大的光圈）来选择的。如果孔太小，光束质量大大提高，但功率大大降低。如果孔太大，光束质量可能不会得到预期的改善。

可以使用的光圈大小还取决于光学元件的大小和质量。要使用非常小的针孔，必须使用低f值的对焦透镜，理想情况下，透镜不应向光束增加明显的像差。随着f值的降低，这种镜头的设计变得越来越困难。

在实践中，最常用的配置是使用显微镜物镜对光束进行聚焦，并使用孔径通过在一块厚金属箔上打孔来制作孔。这种组件在商业上可用。

wave plate波片

波片或缓速器是一种光学装置，它可以改变通过它的光波的偏振状态。两种常见的波片是改变线偏振光偏振方向的半波片和将线偏振光转换为圆偏振光的四分之一波片。四分之一波片也可用来产生椭圆偏振。

波片是由双折射材料(如石英或云母)制成的，这种材料的折射率因通过它的光的不同方向而不同。波片(即它是半波片还是四分之一波片等等)的特性取决于晶体的厚度、光的波长和折射率的变化。通过适当地选择这些参数之间的关系，就有可能在光波的两个偏振分量之间引入一个受控的相移，从而改变其偏振。

波片的一种常见用途-特别是感光色(全波)和四分之一波片-在光学矿物学中。在岩相显微镜的偏光板之间添加薄片使岩石薄片中矿物的光学识别更加容易，特别是通过允许在可见晶体切片中推断光学指示物的形状和方向。这种排列可以让矿物之间的区别，否则在平面偏振光和交叉偏振光中看起来非常相似

全波片full-waveplate

根据特定波长光线设计的全波片可以让该波长的线偏振光无衰减的透过，而将其附近波长的光线变成椭圆偏振光，即实现滤光。当然通过级联可以大大增强滤光效果。如图1所示。

Half-wave plate 半波片

一定厚度的双折射晶体，当法向入射的光透过时，寻常光(o光)和非常光(e光)之间的位相差等于π或其奇数倍，这样的晶片称为二分之一波片，简称半波片。
在椭圆偏振光所示的情况中，选择晶体板的厚度使o光和e光间的位相差为π或其奇数倍，则自晶体板出来的合成光仍为平面偏振光，不过出射光的振动平面相对入射光的振动平面旋转了2θ角，此θ角为入射光振动平面跟晶体表面上光轴的夹角，也就是说，当某一平面偏振光穿过半波片时，出射光仍为平面偏振光，只不过偏振光的振动面旋转了一定角度2θ，并且此旋转角的大小只取决于入射光振动平面与晶体光轴间的夹角θ。
同样道理，当寻常光（o光）和非常光（e光）之间的位相差等于 π/2或其奇数倍，这样的晶片称为四分之一波片或 1/4波片。

Quarter-wave plate四分之一波片

当线偏振光垂直入射1/4波片，并且光的偏振和云母的光轴面（垂直自然裂开面）成角，出射后成椭圆偏振光。特别当=45°时，出射光为圆偏振光。