3几何光学2教材.ppt

第二节惠更斯原理一、波的几何描述波面（波阵面）、波线、平面波、球面波的概念二、惠更斯原理的表述(关于波面传播的理论)波面上的每一个面元都可以看成是次波的波源，向外发出球面次波；这些球面次波的包络面就是下一个时刻新的波面。三、对反射定律和折射定律的解释四、对光直线传播现象的解释惠更斯的解释：只有各次波面的包络面CD上才可发生可察觉的总扰动。在包络面两侧C、D之外的扰动可以忽略不计。波的衍射现象光在真空中传播光经不同媒质定义：§3费马原理一、光程讨论（3）光程差与位相差密切相关。位相差与光程差成正比（2）折射率连续分布：（1）光程的意义：光在媒质中传播时，媒质的折射率与光经过的路径的空间累积。“光程”可以理解为在相同的时间内光线在真空中传播的距离。意义：费马原理是几何光学的基本原理，用以描绘光在空间两定点间的传播规律。表述：光在空间两点间传播时的实际路径为光程平稳的路径。（平稳：dy=0光程取极小值、极大值，恒定值。）二、费马原理数学表达式：用途：①可以推证反射定律、折射定律等实验定律。②推求理想成象公式。三、由费马原理推导几何光学三定律1、直线传播定律在均匀媒质中，二点之间的直线路程最短。2、反射定律3、折射定律§4成像一、单心光束定义：将一束光沿其传播方向向正向或反向延长，若所有光线最后均相交于空间唯一一点，则该光为单心光束。单心光束在空间的唯一交点称顶点。当顶点为光束的发出点时，称为光源、物点。当顶点为光束传播后的会聚点时，称为象点。二、实象虚象实物虚物实象（物）：有实际光线会聚（发出）的点。虚象（物）：无实际光线会聚（发出）的点。实象（物）：有实际光线会聚（发出）的点。虚象（物）：无实际光线会聚（发出）的点。成像实例注意：单个折射平面不能保持光束的单心性。平面折射不能理想成象。单个反射平面能够严格保持光束的单心性。平面反射能够理想成象。实物、实象、虚象的联系与区别实物与实象：联系：均为有光能量存在的光束顶点。区别：光能量的传播范围不同。实象与虚象：联系：均为经反射、折射后所得的象点。区别：象点处光能量有无状态不同。物和象是相对于系统而确定的，物和象的性质也是相对于系统而确定的。三、物方和像方物与像的共轭性若物为一个点光源，光束必具有单心性；若经过反射或折射后仍能保持为单心光束，则象也为一点，与物点具有几何相似性，称为理想成象。对于理想成象物点与象点唯一对应，即单心光束经光具组后仍为单心光束。能够实现理想成像的光具组称为理想光具组。平面反射能实现理想成象。平面反射是唯一的理想光具组。物方和像方物方的点与像方的点一一对应。且有共轭性。据光的可逆性原理，如将发光点Q移到像点Q′上，则它的像点就是原来的物点。Q、Q′叫共轭点。------物与像的共轭性物方：物点组成的空间。像方：像点组成的空间。注意：物方和像方两个空间实际上是重叠在一起的。（因为它们均可延伸到光具组的前后。）为了要区分某点属于物方还是像方，要看它是与入射光束还是与出射光束相联系。物与像的共轭性四、物像之间的等光程性虚光程物点Q和像点Q′之间的光程都相等。---等光程性QQ′间分布有无数条实际光线，由费马原理，其光程应取极值或恒定，都取极大或极小是不可能的，唯一的可能就是取恒定值，即光程相等。虚光程虚光程：物方或像方的延长线与本方折射率负值的乘积。之间的是物方实际光线的延长线，则其虚光程为傍轴光线：§5共轴球面组傍轴成像共轴球面光具组：由球心在同一条直线上的一系列折射或反射球面构成的光具组。各球心的连线叫光轴。参加成像的光线限制在光轴附近。即在主轴附近与主轴夹角较小（5°）的光线叫傍轴光线，或近轴光线。一般光学系统均不具同心性，球面也不例外，不能严格成像，但在傍轴条件下，能近似成像。教学目的：掌握共轴球面组傍轴成像的基本公式一、球面的几个概念符号法则rCA主轴球面：∑球面顶点：A球面曲率中心：C球面曲率半径：r球面主轴：连接O、C而得的直线。主截面：通过主轴的截平面。∑符号法则：为了从一具体情况出发导出物像的一般关系，必须对有关参量规定一套符号规则。Ⅰ物点Q到顶点A的距离QA称为物距，用s表示。实物，s0，虚物，s0。对反射镜、折射镜一样，左正右负。Ⅱ像点Q′到A的距离Q′A称为像距，用s′表示。实像，s′0，虚像，s′0。对反射镜，左正右负；对折射镜，左负右正。设入射光从左到右Ⅲ对于曲率半径r，则圆心C相对顶点A，左负右正。Ⅳ、物（像）点在主轴上方为正，即y(y′)0；物（像）点在主轴下方为负，即y(y′)0；Ⅴ、从光轴（或球面的法线）转到光线的方向逆时钟时交角u为正，顺时钟时u为负，并取小于π/2的角度。对于反射光线则相反。Ⅵ、在光路图中，标绝对值。二、光在单球面上的反射从主轴上Ｑ点发出单心光束，其中一条光线在球面上Ｍ点反射，反射光与主轴交于Ｑ′点。Ⅰ对于