IB 物理/光學 HL
圓形鏡不會將所有光線聚焦到一個點（這是拋物線的作用）。靠近中心，圓形和拋物線（側面）的形狀非常相似，因此近軸光線（靠近中心）將聚焦到一個點，但我們離中心越遠，光線離原始焦點就越遠（隨著我們向外移動，它們會更靠近鏡子）。這種效應被稱為球面像差，會導致影像模糊。它可以透過拋物面鏡來克服，但拋物面鏡的生產成本要高得多。
光纖（如 SL 部分所述）由光學密集的核心和密度較低的塗層組成。它們依賴於全內反射，因此存在一個臨界角，超過該角光線會從光纖中逸出。可以使用以下公式計算該角度。
sin Ø = ± √( n12 - n22 )
n1 是核心的折射率，n2 是塗層的折射率。希望這很明顯，因為我們取根號的數字必須為正。這個公式在資料手冊中。
彩虹出現在太陽在觀察者身後，前面有雨滴的情況下。陽光進入雨滴，在背面發生全內反射，然後出來朝觀察者方向傳播。光線在雨滴內也會發生色散，導致紅色指向最低，紫色指向最高。
要畫圖，必須畫兩個大的圓圈作為水滴，一個在另一個上面。陽光以相同的角度進入每個水滴，並立即被分成紅光和紫光，其中紫光比紅光更靠近法線發生衍射。光線以不同的角度從水滴的彎曲背面發生全內反射，然後交叉，然後以紅色朝下最多，紫色朝上最多離開。（注意：這與透過三角形稜鏡的衍射相比是相反的順序）。從上面的水滴，紅光束應該到達視點（用一隻眼睛表示），而來自下面的水滴的紫光束。然後將這兩條光線從水滴向後延伸，以在水滴後面產生彩虹的虛像（紅色在頂部，紫色在底部，橙色、黃色、綠色、藍色和靛藍色在中間）。
透鏡製造商方程為 1/f = (n-1)(1/R1 + 1/R2)。
f 是透鏡的焦距，n 是透鏡材料的折射率。R1 是前側的半徑，R2 是後側的半徑（如果透鏡在該側是凹的，這些半徑為負，如果它是凸的，則為正）。
大光圈鏡頭會產生球面像差，這是由於其直徑較大造成的。這會導致生成的影像聚焦，不是在一個點，而是在一條線上，這可能會在光學儀器中造成問題。
色差是光線改變介質時發生色散效應的結果。由於透鏡具有大光圈，因此光線在玻璃、有機玻璃或其他材料中傳播的距離更長，因此這種色散比薄透鏡更明顯。
這兩者都可以透過使用兩個透鏡（例如凸透鏡後面跟著一個凹透鏡）來大幅減少。
薄透鏡如何糾正一些眼部問題
近視（近視眼） : 這是指眼睛只能聚焦於近處的物體。進入眼睛的平行光線在眼球后方聚焦，交叉，因此產生模糊的影像。這可以透過使用發散透鏡（凹透鏡）來糾正，因為這樣會使光線在撞擊眼睛的透鏡時發散而不是平行，因此它會在更遠的地方聚焦。
遠視（遠視眼） : 這是指眼睛無法聚焦於近處的物體，因為它聚焦得太遠，光線在眼球后方交叉。這可以透過使用會聚透鏡（凸透鏡）來糾正，該透鏡會使來自近處物體的光線更接近平行，以便眼睛的透鏡可以將它們聚焦到眼球后方。
老花眼 : 這是指眼睛隨著年齡增長而聚焦於近處物體的能力下降，因此可以透過與上面遠視眼相同的方式來糾正。
有兩個因素限制了透鏡產生的影像的解析度，即像差和衍射。像差在上面已經討論過，在瑞利判據中被忽略。瑞利判據基本上說，當一個影像的中心峰正好位於另一個影像的第一個極小值處（或更遠）時，兩個影像就可以區分。可以使用以下兩個公式來計算給定透鏡可以分辨的兩個距離很遠物體的最小角間距（假設沒有像差）。
λ = asinØ，其中 λ 是所用光的波長，a 是（在這種情況下）狹縫的孔徑，Ø 是角間距。
更常見的是針對球面透鏡的 Ø = (1.22 x λ)/D，其中 D 是透鏡的直徑（在多透鏡系統中，對於物鏡）。
注意角間距是以弧度為單位的。π 弧度 = 180 度。
第二個公式在資料手冊中給出，第一個公式與計算單縫衍射中第一個極小值位置的公式相同。
分辨能力 : 這通常用於顯微鏡，其中物體放置在透鏡的焦點的附近，用於計算兩個物體可分辨的最小距離。RP = s = fØ（其中 f 是透鏡的焦距，s 是最小距離）。
這個公式不在資料手冊中。分辨能力也可以表示為 (1.22 x λ)/(2 sin a)，其中 a 是如果您從透鏡中心沿著主軸到焦點畫一條線，然後到透鏡頂部形成的角度。
線偏振、圓偏振和橢圓偏振狀態以及馬呂斯定律。
馬呂斯定律 : I = Iocos2Ø。該定律將光的強度與兩個偏振片之間的角度差聯絡起來。如果兩個偏振片對齊，使它們都以完全相同的方向偏振，那麼它們之間的角度為零，因此 cos2 0 = 1，並且初始強度 Io = I，即結果強度。
這種關係可以透過考慮光波振幅的向量分量來推匯出。首先，在水平和垂直軸上，畫一條從原點向上向右延伸的線。角度 Ø 是這條線與垂直軸之間的角度。如果我們然後將對角線的長度設為 Ao，那麼簡單的三角函式告訴我們垂直分量是 AocosØ。由於強度與振幅的平方成正比，因此我們得到關係 I = Iocos2Ø。
我們需要有人自願挖掘有關偏振狀態的資訊。
延遲片: 有人能補充一下嗎？
受激輻射的特點是它產生高度聚焦、相干和單色光。然而，自發輻射產生的光向各個方向發射（因此強度迅速減弱），並且不具有相干性。不同方向傳播的光可能完全異相（也可能不是，你就是不知道）。
受激發射通常發生在原子內的電子被激發到更高的電子殼層，然後自發地回落（通常非常快）。光受激發射發生在已經處於激發態的原子被具有完全相同能量的光子擊中時。這會導致電子立即回落到基態，併產生一個光子。因此，我們有兩個光子，一個是原始光子，另一個是產生的光子，它們都完全同相，並沿相同方向傳播。在正常情況下，這將非常罕見，但在雷射光的產生中，這是有意實現的。
雷射（受激發射光放大）光的產生：如上所述，聚焦的、相干的光可以透過受激發射產生，然而，這在正常情況下非常罕見。為了使雷射工作，其中的原子必須處於反轉態（激發態的原子數必須多於基態的原子數）。這種激發態還必須是亞穩態，這意味著電子在自發地回落到基態之前，會比平時在激發態停留更長時間。如何實際實現亞穩態反轉態取決於雷射型別（我假設這裡不需要，但通常是用閃光燈或電流來實現）。實際的裝置由包含在管子兩端兩個鏡子之間的這些原子組成（管子的側面吸收光）。你希望雷射從它出來的末端的鏡子是部分透明的，但大多數射向它的光將被反射。過了一會兒（實際上是非常短的時間），一些電子開始回落到基態，從而在任何方向產生隨機光子。最終，其中一個光子將沿著管子傳播，並擊中一個激發態的原子，產生兩個光子。這兩個光子將擊中另外兩個原子，產生 4 個，以此類推，因此光子在鏡子之間來回反射，數量不斷增加。一些光子從部分透明的鏡子裡洩漏出來，形成雷射的實際“束”。
雷射在光學中的重要性主要源於它們可以比普通光更加精確地控制。因此，它們在計算中更加精確。由於它們是單色的，因此不會出現色差，並且由於它們高度聚焦，因此它們會產生非常銳利的點，而不是使用普通光可能得到的普通點。除此之外，即使在長距離內，它們也不會損失強度，因此它們可用於進行長距離測量。
不同的全息圖製作方法，以及在相干光下觀看它們（我們在這裡指的是雷射光，還是指來自相干點光源的光？）。
製作全息圖（基本上是 SL 部分的副本）
一束寬的雷射束照射到一個半鍍銀鏡子上，因此一半的光線穿過到達膠片，另一半的光線被反射到物體上，進入全息圖。因此，來自物體上每個點的光線都照射到膠片上的每個點，並且兩束光的干涉使膠片能夠記錄到達它的光的強度和相位。如果我們仔細想想，強度部分就像一張普通照片。相位直接與“深度”相關（因為相位會隨著距離而變化）。來自物體的光線和直接穿過鏡子的光線之間的干涉使這種相位差能夠被發現，並因此記錄在膠片上。我知道的這種方法唯一的變體是，使用厚乳膠而不是平面膠片。在這種乳膠中，干涉圖案在 3D 空間中被記錄下來，產生被稱為體積全息圖的東西，它可以在白光下看到（儘管最好使用單個的小點光源）。
膠片沖洗後，將全息圖放置在與製作它時相同的波長的雷射光中。全息圖充當一種衍射光柵，產生全息圖的真實 2D 影像（在與雷射相反的一側），以及與雷射同側的虛擬 3D 影像，從而產生 3D 效果。體積全息圖的工作原理類似，但可以使用 3 種不同的“彩色”雷射，紅色、藍色和綠色，來製作一個全息圖，然後可以在白光下以全綵色觀看。