01几何光学详解.ppt

光学 光电与信息工程学院 Optics Geometrical Optics几何光学 *Basing on the three basic law *Basic theories of designing of optical instruments §1 Propagation of Light using Geometry 几何光学三定律 1. 光的直线传播 Rectilinear propagation of light 2. 反射定律 The Law of Reflection 3. 折射定律 The Law of Refraction 全反射 Total Internal Reflection 棱镜和色散 Prism and Dispersion 光路可逆性 Optical Reversibility Note: These three laws are valid when the wavelength of the light is much smaller than the dimensions of the relevant components of the optical system, that is, wavelength~0 几何光学三定律 物体的影子 小孔成像 海市蜃楼 P100 in Optics More hot, lower the index of refraction of the air A ray would pass through more of the less dense air than if it had traveled straight. To take a route that minimized the OPL (optical path length) 非均匀介质 当n1n2时， 将发生全反射. 全反射 Total Internal reflection Fiber Fingerprint sensors 全反射临界角 即当 时全反射发生 ?min 是对应于顶角? 时的最小偏向角 minimum deviation angle . 棱镜主要用途： 全反射棱镜 测定棱镜材料的折射率n 棱镜还是一种色散元件，主要应用于分光。即利用棱镜对不同的波长的光有不同的折射率性质来分析光谱。光谱仪 望远镜 i1 i2 ? ? 当： or： 棱镜和色散 Prism and Dispersion i1’ i2’ 色散 Dispersion：n随λ的变化而变的现象。 正常色散：棱镜的折射率n随波长λ的减小而增加， 有经验公式： n=A+B/λ2+C/λ4≈A+B/λ2(λ变化范围不大时) 白光：具有和太阳连续光谱相似的多色混合光。 研究光谱的重要仪器－－棱镜光谱仪 光的可逆性 Reversibility principle of light 光的可逆性原理： 当光线的方向反转时，它将逆着同一路径传播。 §2 Huygens’s Principle惠更斯原理 波的几何描述 惠更斯原理的表述 对反射和折射定律的解释 惠更斯原理的局限 The Description of The Wave The wave can be seen as the propagation of the period permutation spherical wave plane wave 波面为（以振源为中心的）球面的波称为球面波。 在离振源很远的地方，波面趋于一个平面，这种波称为平面波。 波线 波线 波面（等相位面） 波面 each point on the leading surface of a wave disturbance may be regarded as a secondary source of spherical waves, which themselves progress with the speed of light in the medium and whose envelope at later times constitutes the new wavefront. The explanations of rectilinear propagation law, reflection