【光電智造】光學行業的一些經驗法則

今日光電 2025-08-13 18:00

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今日光電

有人說，20世紀是電的世紀，21世紀是光的世紀；知光解電，再小的個體都可以被賦能。追光逐電，光引未來...歡迎來到今日光電！

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科學家和工程師傾向于用一塊布滿方程的黑板來回答簡單的關系問題，即使提問者只是想粗略估計一個變化是否會導致比它解決的問題更多的問題。

下面的經驗法則為這種“猜測”提供了框架，并提供了相對準確答案的快捷方式。它們不是為了取代生產商業或實驗室儀器、系統和組件所需的方程式和數據表，而是為確定項目是否可行提供一個起點。

光纖光學

對于單模光纖，模場直徑大約比纖芯直徑大15%。1米單模光纖的有效回波損耗（光纖反向散射）為69 dB。方程式：

給出了單模光纖芯徑（d）、數值孔徑（NA）和截止波長（λc）的近似關系。

探測器

溫度每下降10°C，硅PIN光電二極管的噪聲就會降低30%。CCD暗電流每下降9°C就減少一半。

在光電探測器/放大器系統中，放大器噪聲隨著放大器所見電容的平方而增加。

將示波器的帶寬與其可以測量的最快探測器上升時間聯系起來，可以通過以下公式得出：

例如，100 MHz示波器可以測量2.2 ns的上升時間。

光學探測器的響應率（單位為安培/瓦）大約等于其量子效率除以1.24。

在熒光壽命測量中，激發脈沖寬度與熒光時間的比值應為1:5至1:10。

光學元件

當光學涂層從0°的入射角偏移到45°時，波長會縮短10%。例如，如果0°在1064 nm處，則45°在958 nm處。

對于平凸透鏡，焦距是凸面半徑的兩倍。平凹透鏡也是如此，但由于表面顛倒，焦距為負。對于半徑相等的雙凹或雙凸透鏡，焦距將等于半徑。

設計塑料光學元件：

塑料具有較低的玻璃化轉變溫度和較高的熱膨脹系數，因此其使用僅限于約100°C以下的應用。
對于細長的塑料光學元件，要考慮到零件縱橫比的影響以及隨著時間的推移導致變形的重力影響。
光學表面應大于可用的透明孔徑，以適應光學插件邊緣出現的不同熱特性。
安裝特征應沿光學表面的外圍均勻，以防止不均勻收縮。
厚度超過12毫米的塑料光學元件會出現流線和水槽等缺陷。冕玻璃的重量約為2.5克/立方厘米或0.1磅/平方英寸。熔融二氧化硅的重量稍輕，火石玻璃的重量可能要大得多。

將具有平行輸入和輸出面的玻璃板插入成像系統的空氣光路中，將使到圖像平面的光路增加約三分之一的玻璃板厚度。

在幾乎所有存在球面像差的應用中，當透鏡聚焦到最小光斑尺寸時，整體圖像質量最佳。

如果R/y>5，球面的弧矢在y^2/（2R）的1%以內。R是曲面的曲率半徑，y是半孔徑。

如果你指定光學涂層，偏振可以是s或p，那么反射s和透射p更容易，成本更低。

光學公差的常用經驗法則是：