IB 物理/光学 HL
圆形镜不会将所有光线聚焦到一个点（这是抛物线的作用）。靠近中心，圆形和抛物线（侧面）的形状非常相似，因此近轴光线（靠近中心）将聚焦到一个点，但我们离中心越远，光线离原始焦点就越远（随着我们向外移动，它们会更靠近镜子）。这种效应被称为球面像差，会导致图像模糊。它可以通过抛物面镜来克服，但抛物面镜的生产成本要高得多。
光纤（如 SL 部分所述）由光学密集的核心和密度较低的涂层组成。它们依赖于全内反射，因此存在一个临界角，超过该角光线会从光纤中逸出。可以使用以下公式计算该角度。
sin Ø = ± √( n12 - n22 )
n1 是核心的折射率，n2 是涂层的折射率。希望这很明显，因为我们取根号的数字必须为正。这个公式在数据手册中。
彩虹出现在太阳在观察者身后，前面有雨滴的情况下。阳光进入雨滴，在背面发生全内反射，然后出来朝观察者方向传播。光线在雨滴内也会发生色散，导致红色指向最低，紫色指向最高。
要画图，必须画两个大的圆圈作为水滴，一个在另一个上面。阳光以相同的角度进入每个水滴，并立即被分成红光和紫光，其中紫光比红光更靠近法线发生衍射。光线以不同的角度从水滴的弯曲背面发生全内反射，然后交叉，然后以红色朝下最多，紫色朝上最多离开。（注意：这与通过三角形棱镜的衍射相比是相反的顺序）。从上面的水滴，红光束应该到达视点（用一只眼睛表示），而来自下面的水滴的紫光束。然后将这两条光线从水滴向后延伸，以在水滴后面产生彩虹的虚像（红色在顶部，紫色在底部，橙色、黄色、绿色、蓝色和靛蓝色在中间）。
透镜制造商方程为 1/f = (n-1)(1/R1 + 1/R2)。
f 是透镜的焦距，n 是透镜材料的折射率。R1 是前侧的半径，R2 是后侧的半径（如果透镜在该侧是凹的，这些半径为负，如果它是凸的，则为正）。
大光圈镜头会产生球面像差，这是由于其直径较大造成的。这会导致生成的图像聚焦，不是在一个点，而是在一条线上，这可能会在光学仪器中造成问题。
色差是光线改变介质时发生色散效应的结果。由于透镜具有大光圈，因此光线在玻璃、有机玻璃或其他材料中传播的距离更长，因此这种色散比薄透镜更明显。
这两者都可以通过使用两个透镜（例如凸透镜后面跟着一个凹透镜）来大幅减少。
薄透镜如何纠正一些眼部问题
近视（近视眼） : 这是指眼睛只能聚焦于近处的物体。进入眼睛的平行光线在眼球后方聚焦，交叉，因此产生模糊的图像。这可以通过使用发散透镜（凹透镜）来纠正，因为这样会使光线在撞击眼睛的透镜时发散而不是平行，因此它会在更远的地方聚焦。
远视（远视眼） : 这是指眼睛无法聚焦于近处的物体，因为它聚焦得太远，光线在眼球后方交叉。这可以通过使用会聚透镜（凸透镜）来纠正，该透镜会使来自近处物体的光线更接近平行，以便眼睛的透镜可以将它们聚焦到眼球后方。
老花眼 : 这是指眼睛随着年龄增长而聚焦于近处物体的能力下降，因此可以通过与上面远视眼相同的方式来纠正。
有两个因素限制了透镜产生的图像的分辨率，即像差和衍射。像差在上面已经讨论过，在瑞利判据中被忽略。瑞利判据基本上说，当一个图像的中心峰正好位于另一个图像的第一个极小值处（或更远）时，两个图像就可以区分。可以使用以下两个公式来计算给定透镜可以分辨的两个距离很远物体的最小角间距（假设没有像差）。
λ = asinØ，其中 λ 是所用光的波长，a 是（在这种情况下）狭缝的孔径，Ø 是角间距。
更常见的是针对球面透镜的 Ø = (1.22 x λ)/D，其中 D 是透镜的直径（在多透镜系统中，对于物镜）。
注意角间距是以弧度为单位的。π 弧度 = 180 度。
第二个公式在数据手册中给出，第一个公式与计算单缝衍射中第一个极小值位置的公式相同。
分辨能力 : 这通常用于显微镜，其中物体放置在透镜的焦点的附近，用于计算两个物体可分辨的最小距离。RP = s = fØ（其中 f 是透镜的焦距，s 是最小距离）。
这个公式不在数据手册中。分辨能力也可以表示为 (1.22 x λ)/(2 sin a)，其中 a 是如果您从透镜中心沿着主轴到焦点画一条线，然后到透镜顶部形成的角度。
线偏振、圆偏振和椭圆偏振状态以及马吕斯定律。
马吕斯定律 : I = Iocos2Ø。该定律将光的强度与两个偏振片之间的角度差联系起来。如果两个偏振片对齐，使它们都以完全相同的方向偏振，那么它们之间的角度为零，因此 cos2 0 = 1，并且初始强度 Io = I，即结果强度。
这种关系可以通过考虑光波振幅的矢量分量来推导出。首先，在水平和垂直轴上，画一条从原点向上向右延伸的线。角度 Ø 是这条线与垂直轴之间的角度。如果我们然后将对角线的长度设为 Ao，那么简单的三角函数告诉我们垂直分量是 AocosØ。由于强度与振幅的平方成正比，因此我们得到关系 I = Iocos2Ø。
我们需要有人自愿挖掘有关偏振状态的信息。
延迟片: 有人能补充一下吗？
受激辐射的特点是它产生高度聚焦、相干和单色光。然而，自发辐射产生的光向各个方向发射（因此强度迅速减弱），并且不具有相干性。不同方向传播的光可能完全异相（也可能不是，你就是不知道）。
受激发射通常发生在原子内的电子被激发到更高的电子壳层，然后自发地回落（通常非常快）。光受激发射发生在已经处于激发态的原子被具有完全相同能量的光子击中时。这会导致电子立即回落到基态，并产生一个光子。因此，我们有两个光子，一个是原始光子，另一个是产生的光子，它们都完全同相，并沿相同方向传播。在正常情况下，这将非常罕见，但在激光光的产生中，这是有意实现的。
激光（受激发射光放大）光的产生：如上所述，聚焦的、相干的光可以通过受激发射产生，然而，这在正常情况下非常罕见。为了使激光工作，其中的原子必须处于反转态（激发态的原子数必须多于基态的原子数）。这种激发态还必须是亚稳态，这意味着电子在自发地回落到基态之前，会比平时在激发态停留更长时间。如何实际实现亚稳态反转态取决于激光类型（我假设这里不需要，但通常是用闪光灯或电流来实现）。实际的设备由包含在管子两端两个镜子之间的这些原子组成（管子的侧面吸收光）。你希望激光从它出来的末端的镜子是部分透明的，但大多数射向它的光将被反射。过了一会儿（实际上是非常短的时间），一些电子开始回落到基态，从而在任何方向产生随机光子。最终，其中一个光子将沿着管子传播，并击中一个激发态的原子，产生两个光子。这两个光子将击中另外两个原子，产生 4 个，以此类推，因此光子在镜子之间来回反射，数量不断增加。一些光子从部分透明的镜子里泄漏出来，形成激光的实际“束”。
激光在光学中的重要性主要源于它们可以比普通光更加精确地控制。因此，它们在计算中更加精确。由于它们是单色的，因此不会出现色差，并且由于它们高度聚焦，因此它们会产生非常锐利的点，而不是使用普通光可能得到的普通点。除此之外，即使在长距离内，它们也不会损失强度，因此它们可用于进行长距离测量。
不同的全息图制作方法，以及在相干光下观看它们（我们在这里指的是激光光，还是指来自相干点光源的光？）。
制作全息图（基本上是 SL 部分的副本）
一束宽的激光束照射到一个半镀银镜子上，因此一半的光线穿过到达胶片，另一半的光线被反射到物体上，进入全息图。因此，来自物体上每个点的光线都照射到胶片上的每个点，并且两束光的干涉使胶片能够记录到达它的光的强度和相位。如果我们仔细想想，强度部分就像一张普通照片。相位直接与“深度”相关（因为相位会随着距离而变化）。来自物体的光线和直接穿过镜子的光线之间的干涉使这种相位差能够被发现，并因此记录在胶片上。我知道的这种方法唯一的变体是，使用厚乳胶而不是平面胶片。在这种乳胶中，干涉图案在 3D 空间中被记录下来，产生被称为体积全息图的东西，它可以在白光下看到（尽管最好使用单个的小点光源）。
胶片冲洗后，将全息图放置在与制作它时相同的波长的激光光中。全息图充当一种衍射光栅，产生全息图的真实 2D 图像（在与激光相反的一侧），以及与激光同侧的虚拟 3D 图像，从而产生 3D 效果。体积全息图的工作原理类似，但可以使用 3 种不同的“彩色”激光，红色、蓝色和绿色，来制作一个全息图，然后可以在白光下以全彩色观看。