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(guān)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(jīng)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(chǎn)商業(yè)或?qū)嶒炇覂x器、系統(tǒng)和組件所需的方程式和數(shù)據(jù)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(shù)值孔徑（NA）和截止波長（λc）的近似關(guān)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(tǒng)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(lián)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(fā)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(shè)計塑料光學元件：

• 塑料具有較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和較高的熱膨脹系數(shù)，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(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)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(zhì)量最佳。

如果R/y>5，球面的弧矢在y^2/（2R）的1%以內(nèi)。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(jīng)驗法則是：

表明一組加性公差的可能總效應T等于單個公差效應平方和的平方根。

數(shù)值孔徑是光學系統(tǒng)收集或聚焦光線的錐角：

對于具有均勻照明的光學系統(tǒng)，最小焦點尺寸為：

因此，增加NA可以減小光斑尺寸并提高系統(tǒng)分辨率。然而，光學系統(tǒng)在可見光波長下的焦深為：

設(shè)計高NA透鏡系統(tǒng)的目標是生產(chǎn)一個透鏡孔徑幾乎與系統(tǒng)焦距一樣大的系統(tǒng)，同時最大限度地減少像差。

線性焦移（在可見光中）為8（f數(shù)）^2或2/（NA）^2×峰谷OPD。對于焦點偏移，p到v為3.5×rms。

對于在有限共軛下工作的薄透鏡，物像距離為（2-M-（1/M））×焦距。M是反轉(zhuǎn)圖像的負數(shù)。

為了簡化光學對準，請從同一方向進行所有調(diào)整；在測量運行期間，執(zhí)行相同的手動和非手動調(diào)整；僅針對像差（圖像質(zhì)量）或?qū)�準（圖像位置）進行調(diào)整；并確定系統(tǒng)中的參考點。

激光

光的傳播速度約為1英尺/納秒。因此，要獲得5英尺的激光測距精度，您必須以5到10納秒的分辨率確定反射光的飛行時間。

超短脈沖激光（例如100fs脈沖）對視網(wǎng)膜損傷的閾值比標準激光低5到10倍。

對于半導體激光器，發(fā)射波長可以近似為：

其中E是有源區(qū)的材料帶隙，單位為電子伏特。

激光束強度不應超過CCD芯片飽和值以上20dB，以防止對芯片造成物理損壞。

光源的相干長度（單位：米）由以下公式確定：

其中c是光速，單位為米每秒，Δv是光源的線寬，單位為赫茲。

在中紅外波段（8至12μm），衍射限制的光束寬度（單位為毫弧度）大約等于光學直徑（單位為英寸）的倒數(shù)。當然，因此，例如，在500nm的可見光區(qū)域的中間，光束寬度為1/20。

在激光加工中，激光通量增加十倍通常只會使整體蝕刻速率提高三倍。

激光束的焦點可以通過以下方式確定：

其中D0是透鏡焦點處的光束直徑，λ是激光的波長，M2是光束質(zhì)量，θ是光束發(fā)散度。

成像

CCD相機的鏡頭格式應更大或與CCD的格式相同；即，2⁄3英寸格式的鏡頭在1⁄2英寸CCD上是可以的，但反過來會導致舷窗效應。

人眼的最小信噪比約為316:1。

在為機器視覺應用選擇照明時，以下原則很有用：

• 為了測量簡單的幾何形狀，定向照明（尤其是背光）是很好的。
• 為了避免陰影，光線應該從幾個方向到達一個部分。
• 濾鏡可以提高顏色識別能力。
• 偏振濾光片最大限度地減少了閃亮部分的反射，使其表面看起來非常暗。廣角、漫射、同軸光將最大限度地減小反射，使表面看起來非常明亮。

肉眼可以看到的最小線寬或特征尺寸應該大約為0.003至0.005英寸（0.076至0.127毫米）。

對于水下激光距離選通成像，衰減長度定義為目標水中準直光束的1/e強度范圍。在近岸渾濁水域中，將范圍增加一個衰減長度需要激光能量×接收器孔徑×量子效率的乘積大約增加一個數(shù)量級。

在選擇相機的分辨率時：所研究的細節(jié)應至少覆蓋相機視野內(nèi)的兩個像素。

電光器件

聲光器件的調(diào)制頻率為：Fm×Equation9.gif=0.75

其中Equation9.gif=D/V；D是光束直徑，V是聲光相互作用介質(zhì)內(nèi)的聲速。Fm是光強度調(diào)制頻率，其中調(diào)制深度為-3 dB或50%。在這種調(diào)制深度下，強度對比度為3:1。這被稱為進入時間，換句話說，聲波前在聲光介質(zhì)內(nèi)穿過直徑為D的光束的渡越時間。

聲光器件的光上升時間為：Tr=0.64×D/V

其中D是光學直徑，V是聲光相互作用介質(zhì)內(nèi)的聲速。

根據(jù)經(jīng)典定義，光上升時間是指當射頻階躍函數(shù)應用于聲光器件時，光脈沖強度從10%到90%所需的時間。這假設(shè)設(shè)備的電帶寬足夠?qū)�，可以通過傅里葉脈沖分量。

轉(zhuǎn)自：光子位

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