华科激光原理第3讲光线传输矩阵.ppt

激光原理与技术·原理部分 第3讲 光线传输矩阵 3 光线的传播 3.1光线传播 光线矩阵 透镜波导 光线在反射镜间的传播 光线在类透镜介质中的传播 3.2光束传播 3.3高斯光束的变换 3.0 光线的传播 光线 几个前提 几何光学意义上的光线—λ→0 近轴光线近似 光学元件绕光轴旋转对称 均匀介质 3.0 光线的传播 坐标系及方向的规定 光线在光轴上方，r0；反之，r0; 光线指向光轴上方，r’0；反之，r’0； 3.1 简单光学元件光线传输矩阵 1.通过厚度为d的均匀介质 3.1 简单光学元件光线传输矩阵 2.通过焦距为f的薄透镜 3.1 简单光学元件光线传输矩阵 3.不同介质介面（平面） 3.1 简单光学元件光线传输矩阵 4.不同介质介面(半径为R的球面) 3.1 简单光学元件光线传输矩阵 5.球面反射镜 3.2 复杂光学系统光线传输矩阵 例：求解通过长度为d的均匀介质后， 再透过一个薄透镜的光线传输情况。 习题 试推导厚透镜光线传输矩阵 * * f0，相对于凸透镜 f0，相对于凹透镜 （1）R0,凹反射镜 （2）R0,凸反射镜 （3）R趋于无穷,平面镜 一个曲率半径为R的球面反射镜对光线的作用相当于一个焦 距f=R/2的薄透镜 设入射光的参数ri，ri’，出射光ro，ro‘。透镜两主平面间距可以忽略，则有ro=ri Ro’利用现有知识也很好求得。平行光线都会汇聚在焦平面，设与已知光线平行，通过透镜中心的光线2，其出射光线的方向不变，且与所求的出射光线汇聚于焦平面，则有f*ri’+f*(-ro’)=ri 在这一章中，将介绍各种光学介质中光的传播问题，包括，各种均匀和各向同性材料，如薄透镜、介质界面和曲面镜等。研究光线在透镜波导中的传播特性，并根据透镜与相应的曲面反射镜等效特性，引申到光线在两曲面镜之间的往返传播，从而得到光学谐振腔的稳定条件。 次外，本章还要讨论光束的传播。 在这一章中，将介绍各种光学介质中光的传播问题，包括，各种均匀和各向同性材料，如薄透镜、介质界面和曲面镜等。研究光线在透镜波导中的传播特性，并根据透镜与相应的曲面反射镜等效特性，引申到光线在两曲面镜之间的往返传播，从而得到光学谐振腔的稳定条件。 次外，本章还要讨论光束的传播。 前提：几何光学意义上的光线—λ→0（忽略由波长引起的衍射损耗）， 采用近轴光线近似sina=tana=a 光学元件绕光轴旋转对称,只需要在研究其在二维上的分布，就可以推知整个空间上的分布 这个矩阵称之为光线矩阵：光线矩阵是一种用矩阵的形式表示光线传播和变换的方法，以几何光学为基础。 1坐标系： 笛卡尔坐标系，从左到右的oz表示系统光轴，同时也代表光线的传播方向。Ox为图平面向上的方向，而oy与平面垂直且指向读者。 本章中只考虑哪些在xoz平面内与oz相交的光线。 对于一条在自由空间中传播的光线，如果预先设定一个垂直于光轴的平面xoz，由于所有元件都是旋转对称的，因此至于要考虑x方向即可。 用两个参数来描述这条光线：光纤离光轴的距离r，光线与光轴的夹角r’ 符号：光线在光轴上方，r0；反之，r0; 光线指向光轴上方，r’0；反之，r’0； 光线从一种介质入射到另一种介质，且入射面为平面： 1 折射定律 得到， * * *