光學領域有什麼常見的常識性錯誤？

01-05

比如：實像是否可以被肉眼直接看到。實像可以用眼睛看見嗎？天文望遠鏡看見的是實像還是虛像
又如：望遠鏡的成像是放大的還是縮小的？天文望遠鏡是放大還是縮小實像
可有有類似的常識性錯誤？（悄悄問一下，上邊的三個例子都確實有錯誤吧……）

每次爸媽問我在學什麼我總是不知道如何回答他們只好含含糊糊描述一下是學光通信的，光這個概念太大了，又是大家天天實際接觸到的，上帝第一天就創造了光，正常人五個感官獲取信息最多的就是通過眼睛獲得的光學信息。如果不深入了解的話很可能是會有誤解。我學了幾年光學對於光不懂的還是很多，可是有些基本的信息可能不學光的同學是不清楚的。

光的產生/吸收：電子的能級越遷釋放/吸收能量激光全稱為「基於受激輻射的光放大」是個acronym 激光的種類很多，通信激光常用半導體激光產生1310 1550nm波長。由於硅不是直接帶隙半導體很難發光，三五族半導體如磷化因砷化鎵等等被廣泛用於半導體激光中。

光的傳播：不同於機械波，不一定要依賴介質但有介質就有損耗通常說的透明介質如玻璃都是吸收小/損耗小的的材料可以使用洛侖茲線形函數在頻域來描述無自由電子介質的介電常數實部虛部分別跟折射率與吸收係數相關前者決定相位變化速率後者決定振幅變化速度。通常介質（各向同性材料）的介電常數是隨頻率變化的一個函數，但是特殊材料的介電常數是一個張量每個元素都是可能不同的函數。非磁材料的張量是對稱的，磁性材料有不對稱的張量來描述介電常數。

波導是特殊的（最常用的）光的傳播原件由波導的材料形狀大小和傳播光的波長決定能傳播本徵模式的數目。本徵模式即在波導中傳播而不改變其特性的模式（類似矩陣特徵向量）。光在波導中以穩態傳播時都可以分解為一個或多個本徵模式的疊加。光纖是最常用的光的傳輸波導。長距離通信主要為減少色散而使用單模光纖，只支持一個最低階模式。其他常見集成光學器件中的常見器件如耦合器調製器復用器等等都基於波導。光纖傳輸常用1310nm 1550nm兩個波長窗口的光進行傳輸。兩個波長都是光纖損耗曲線的局部最優，1550nm是全局最優點。人們使用1310nm通常為中短距離，區域網城域網。除了光纖在這個波長色散為零外這個波長的半導體三五激光不需要冷卻效率最高。使用1550多為長距離傳輸主要因為摻鉺光纖放大器支持這個波長。所以光纖損耗最低點+放大器支持波長這種巧合不得不說是上天的饋贈。

光的調製：最普遍的方法是調製光的振幅和相位，另一種說法是調製光的實部和虛部。以往的調製形式為ook 一個symbol包含一個bit 只涉及到振幅的調製現在商用形式多為qpsk和16qam 一個symbol分別含有2 4個bit信息。使用高級調製方法信息更compact但需要更好的線性和更少的distortion才能維持相同的信號質量。評價信號質量最直接的方法是檢測誤碼率，間接方法如評估evm q factor等等也有人用。同時涉及到振幅相位同時調製的叫做相干調製方法在接受端也要使用相干接收器。光的調製物理機制如非線性效應，載流子注入，plasma dispersion effect等。商用最多的相干調製器為鈮酸鋰基於pockels effect 製成的iq modulator。使用它的原因是它幾乎在每個臂上只有相位調製，線性性好。而其他調製方法通常有相位調製產生的振幅調製或者反過來。但是鈮酸鋰調製器缺點是通常體積較大，易受震動影響等。也有很多人在研究硅磷化銦有機高分子等調製器其物理原理各不相同各有優缺點。

光的復用：把信息復用起來通過一根光纖傳輸是提高傳輸帶寬的重要步驟。現有的時分復用波分復用上文所述的實部虛部調製方式都已經被廣泛應用。現在空分復用是一個研究熱點。以ntt和貝爾實驗室為首的兩家分別提出multicore和multimode fiber來支持多種模式。multicore的問題是scalability不夠 multimode的問題是需要異常複雜的dsp來解決光纖中的mode coupling的問題。此外此項技術運用於長距離傳輸中還要考慮對於不同模式放大時模式間的能量均衡問題。

光的接收：這方面我不是特別了解。硅鍺三五半導體都被用於接收機的材料。好的接收機會有較低的暗電流和較大的動態範圍。

光通信中運用到的電信號：信息源和接收機至關重要，通常在調製端有數模轉換器 DAC將數字信號轉為模擬電壓經過線性放大輸入到光學調製器中。接收端光接收機輸出到模數轉換器ADC中。DAC和ADC的有效位數enob決定了其解析度及動態範圍模擬帶寬analog bandwidth決定了其調製和接收的速度。好的adc和dac價格都是非常昂貴的。

現在除了長距離通信，數據中心 data center也是光纖網路的一個重要應用。它節點更多 add drop更頻繁但不需要考慮長距離光纖傳輸中的色散非線性等效應。

其他方面的光纖通信如現代戰鬥機中的Gbit網路等等。

光的物理性質：

由電場震蕩方向決定的偏振線偏橢偏圓偏偏振與物質的interact 如雙折射偏振片polarizer 半波片hwp 四分之一波片qwp 偏振控制器pc 鈮酸鋰的調製方式也與偏振密不可分。波導中的雙折射等

衍射佛朗或非衍射是菲聶耳衍射的遠場近似而佛朗或非衍射是傅立葉光學的基礎. 艾麗衍射決定瞭望遠鏡的解析度。

干涉相干波的互相影響

衍射和干涉combine各種出彩。如相陣控波導光柵gratings 波分復用的關鍵器件AWG等等

散射：為什麼天是藍的但日出日落的時候就變成金黃色？為什麼海是藍的？瑞麗散射只是多種散射的一種。

色散：波數k和角頻率w不成正比時便會產生。彩虹是水滴折射率對不同光頻不同產生光柵稜鏡等都是人造器件產生色散。色散造成了光纖傳輸中一部分的distortion。其中包括了由材料造成的和由波導形狀造成的兩部分色散如果是多模光纖還有模間色散。

反射折射：來源於費馬原理可導出snell"s law。反射折射的量大小？fresnal equation告訴你。此公式考慮虛部全反射其實也有透射是倏逝波相位變化是古思漢琛相位。泳池變淺就是因為折射導致的。另外在水下看不到岸上的東西是全反射。鑽石精光閃閃也是由於折射率較大易於發生全反射。

先寫這麼多手機打字真是累啊……

最大的常識性錯誤當然是很多書上都會寫的:「21世紀是光學的世紀。」

如果這句話對的話。。「21世紀是生物的世紀」也要成立了。。。

謝@袁霖，開玩笑吐槽一下佔個坑。。。

以下是正常回答:

比如光度學的幾個基本量:光通量，光強，光照度，光亮度等在日常生活中就容易弄混。色度學裡也有一些。

一些生活小常識型的:螢火蟲發的光不是熒光，熒光是光致發光。

色散和散射的區別，包括解釋天空海洋彩虹之類的顏色的時候。

光速，電磁場，波導之類問題貌似是重災區？記得最早接觸陂印亭矢量分析導線上的能量流動時完全不能理解。

眼視光學裡。比如老花眼對近視眼的補償非常小。人眼並不能變焦。

干涉和衍射里的錯誤也比較多，記得有個寫薄膜干涉的答案很多都不嚴謹，有空渣渣去補充一下。

全反射依然有能量損失，存在倏逝波。

日常生活語境下的「減速玻璃」（所謂高速火車玻璃和汽車前擋）是木有的，減速玻璃 - 搜索結果。但是光進入一般的介質後，相速度都近似地降到c/n

相速度，群速度，光速，波前速度等

待續

wow，關於我專業的問題來了。試著回答兩個吧。

首先第一個，光學不等於相機，學光學的不一定對相機就有很多研究，光學是相機的基礎，但相機有很多是光學之外的內容，比如電子學的ccd等等。光學實際主要管前面那個大鏡頭，後而且鏡頭是基本是幾何光學的內容，幾何光學只是光學的極小一部分內容，光學也不僅研究可見光波段。如果你朋友學習光學，（特別是恰好主攻光學系統設計），那鏡頭部分找ta沒錯，其他內容的話不會有更多專業手段去理解相機上的各種參數。

2，學光學工程的不是專業換燈管。

3，學光學就是研究可見光，研究成象。可見光只是光學裡面一小部分，也是研究的最為透徹一部分。現在研究更多的是其他不可見光波段，這是由光纖特性決定的，比如1550，太赫茲等等。

4，家裡接的光纖切斷的話，端面會有光射出來，就是這些光在通訊。光纖通訊一般用1550nm的光。這個是不可見光。你不會用眼睛看見。

留等會電腦更，爪機著急。

題目裡面的問題，

簡易天文望遠鏡一般會平行光出射，如果這麼看屬於虛像。複雜的沒見過具體光路，應該也差不多。

眼睛能能看到實象和虛像。

對人眼而言，象大小其實不重要，虛像你都無法去看象大小不是么？更重要的是角度。視角變大則算放大，反之縮小，天文望遠鏡當然是放大。

受過訓練的人群：

濾鏡有可能被飽和。所以定標，校準的時候的時候要確認響應是線性的，安裝的時候應該儘可能的在低光強的地方安裝。

相似的，超快激光的護目鏡應該是M-rated。

濾鏡（高通，帶通）不能完全濾掉你不想要的波長的光，它們的作用是創造對比度。
不同種類的濾鏡（高通，帶通）的對比度不一樣。
不同類型的偏振片效率不一樣。
注意區分45°和0°鏡面。
不同種類鏡面損傷閾值不一樣。
鏡面低反射鍍膜對應波長不一樣，鍍膜不在正確的波長上效果可能適得其反。
清潔光具

不是大力出奇蹟。
甲醇和丙酮危險係數不一樣。
全樓供氣的壓縮空氣有些機構的可以直接用來清潔光具，有些地方供的壓縮空氣裡面會噴出機油...
小罐裝的那種特種氣體，一直按住噴的話會留下痕迹，每一次噴一點點比較好。

在IR卡上顯示出來的那個光斑，不等於光束的直徑……
振動，起伏溫度、濕度是光路的敵人，停電也是。
幾何光學的不錯和明白如何製作透鏡是兩回事。
強激光光源可以很危險，但更危險的可能是各種高壓，大電容。
強磁場一般不傷人，不過可能會影響銀行卡。

未受過訓練的人群：

把激光筆稱作紅外線。
對激光的刻板印象主要來源於星球大戰，激光槍，激光劍。
認為解析度只取決於CCD大小，像素多少，不過這個好像有改觀

光學系統解析度是大坑，有些誤會跟光學有關，有些和光學無關。

認為監控視頻一直放大可以出奇蹟，認為有黑科技可以去一切馬賽克。
色覺是一種感知，波長是一種物理屬性。
所有和衍射相關的話題都是坑。

望遠鏡好像是角放大，線放小。。

顯微鏡反過來。。

我瞎想的。。錯了求輕噴。。

關於顏色。

不同波長有不同顏色和三原色沒有什麼關係。

看到顏色不同是因為不同波長對三種感光細胞的刺激不同，在大腦中產生了不同的顏色。

望遠鏡是無焦系統，焦距無窮遠，物平面和像平面都在無窮遠處，算是實像。無論實像還是虛像，都能被眼睛觀察。物和想都在無窮遠，討論像是放大還是縮小的沒有意義(假設你說的是垂軸放大率)，視放大率才有意義，視放大率的定義稍複雜一點，就不贅述了。對於普通的望遠鏡，他對近處的物的垂軸放大率是小於1的，也就是通常說的成縮小的像。

說一個好像很多人都弄錯的初級概念。

當一個人垂直水面向下看湖底，看到的湖底是會變淺的。

很多人都因為初中時老師一句垂直折射面的光不發生折射，就以為垂直向下看不變淺。但是一條光線不能成像，其他的光線都發生折射，所以還是會變淺的。

實驗室裡面用到的光無一例外都是高斯光束而不是平面波。。

影視作品裡用天文望遠鏡去監視嫌疑人啊，用天文望遠鏡去看美女啊之類的……無力吐槽了╮（╯＿╰）╭

原因是大多數天文望遠鏡視野很窄，而且成像是倒像，就算加了天頂鏡，可是左右是反的，看起來得多彆扭啊……

曾經花了十五分鐘來給同學解釋「激光到底是可見還是不可見的」。

本科光學專業學渣一枚，已轉EE，目前在跑步機上也懶得花時間去嚴密查證再完整介紹了。

眾所周知光具有波粒二象性，在遠大於粒子尺度以上的世界裡以電磁波的屬性來描述它。真空情況下，光的波長決定了光的顏色。目前人類眼睛所能分辨的波段在390~780nm之間（可能嚴格數值在此基礎上會有細微浮動），波長從小到大依次是從紫到紅，低於390nm為紫外波段，高於780mm即為紅外波段。目前實驗室中進行光纖通信系統實驗時主要採用的波長為1310nm、1440nm和1550nm這幾個，因為這幾個波長綜合了損耗和色散等多方面因素，在長距離通信時表現能達到最優。

當然你要想搞出別的顏色當然也是可以的啊！！！紅色激光波長為632.8nm，這基本是本科時上專業課最常見到的一個數字了。

此外題主舉的問題比如實像能否被眼睛看到，記得大一大二的幾何光學和基礎實驗里提到，答案是實像和虛像都可以被眼睛看到，區別在於實像成像在物的另一端，而虛像成像位置與物在同一端。實像能夠被接受和捕捉到，（比如用白紙在成像一端能夠接收到實像），但虛像無法被實際捕捉。

暫時就想到這些。

電磁輻射梗算不算？大抵也算是光學。

可偏偏這樣那個光學專業研究生博士們之中還有人在機房LCD旁邊擺一盆仙人掌，配貴得多的「防輻射眼鏡」。

我聽說好像每個人看到的紅色都不完全一樣，是有細微差別的，只不過我們把它都叫紅色而已，所以使用起來可以忽略不計。

科幻片里又粗又長biubiubiu的激光槍。。。

眼鏡鏡片的顏色。因為有這樣一種提法，人眼對綠色敏感，所以綠色鏡片最好。其實不是，鏡片的顏色來源於鍍膜，主要作用是增透和保護。一般人們看鏡片顏色是看的反射光，綠色片其實是對綠色反射相對較高。大體來講效果是一致的。至於顏色，只要自己喜歡，啥都一樣。如果是可見區很均勻的增透看反射應該是淡淡的黃色。

題主說的這個還沒有到「光學領域」的範疇，成像方面的應用光學主要還是局限在幾何學領域。

我就針對主題說兩句吧，在眼睛處於正常觀測位置的時候，望遠鏡不成像，望遠鏡的嚴格分類應該叫「矯正鏡」，因為改變的是直接成像入眼的光路。成像入眼，不叫成了實像，不然觀察到虛像實像統統叫做在眼內成倒立縮小實像，沒有意義。

因此，望遠鏡通常只採用「35mm等效焦距」和「角放大率」兩個概念。後者是考量目視時，兩條不平行光線對應出目鏡的張角與進入物鏡的張角之比。前者則是應用於照相機，在cmos上成縮小實像時，等效為一片凸透鏡的焦距。

這兩個量的關係是，等效焦距/物鏡焦距＝角放大率。

顯微鏡與望遠鏡不同，它通過物鏡在鏡筒內成放大實像，再用目鏡對其成虛像進行觀測，兩個像都是光學計算上成立且存在的。

而凸透鏡所成的實像能否觀測，這個問題分兩種情況，第一，在像距以外觀察到成像位置的實像，這個是可以的，而且可以用視差法確定像在空間中的位置。第二，在像距以內直接「看」到一個正立的像，這個不叫觀察到實像，這個叫凸透鏡做了矯正鏡，也就是我們常說的「老花鏡」效果。

謝 @袁霖邀。

本科學過光，想到什麼就說什麼吧。

1.光的反射不是在界面上直接反射。

而是會向第二個介質表面層滲透，這個叫疏逝波。

2.白光是混合光。

3.光是一種電磁波。

4,光線其實是假想的，並不存在。

5.光在均勻介質中才是直線傳播。

6.光通信中常用的單位是dB或者dBm，並且兩者之間的關係不是1000倍。

突然想到曬被子的問題， @陳虹告訴我說，那不是陽光的味道，而是蟎蟲屍體的味道。逃~

光只限於可見光。顏色是一個客觀屬性。

Thank you for inviting me to answer this question. (F..k I wish I could type Chinese here.)

Good question. But...I don"t really know what normal people think about light. (I stay with physics students for too long). So, you tell me?

Fold me, please. I beg you.

光纖真的比拉麵還便宜。。。