第1章 几何光学基础38279.ppt

前 言 近代光学是一门“光”类专业的专业基础必修课，是我们专业之后很多其他专业课的基础，也是几乎所有高校此类专业考研的必考科目。 经典的基本内容包含三大块：几何光学、波动光学和量子光学。 本课程的主要内容 以光的电磁理论为理论基础，以物理光学和应用光学为主体内容，着重讲授光在各向异性介质、各向同性介质中的传播规律，光的干涉、衍射、偏振特性，光的吸收、色散和散射，以及一些新的光学相关领域内的必威体育精装版应用和发展。 直角屋脊棱镜的结构特点 反射 展开 普通直角屋脊棱镜 展开 实际形状 增大入射面的直角屋脊棱镜 3、反射棱镜的等效作用与展开 （1）等效作用：等价于一块平行平板 （2）等效画图法：依次对反射面逐个做出整个棱镜被其所成的像，即可将棱镜展开成为平行平板。 等腰直角棱镜 达夫棱镜 斯密特棱镜 (3)结构参数K K与d的关系式： D为棱镜的通观孔径，d是等效平板的厚度，一次反射等腰直角棱镜K=1，二次反射的等腰直角棱镜K=2，五角棱镜K=3.414，但达夫棱镜除外。 达夫棱镜的结构参数K： 注意：由于反射棱镜等效于平行平板，若应用于非平行光束中时，不能像用平面镜那样随便，必须考虑平行平板既会产生像的轴向位移，又会产生像差。 四、折射棱镜 2、偏向角δ：其正负以入射光线为起始边来确定，当入射光线以锐角方向顺时针转向折射光线时为正，反之为负。 1、折射棱镜图 最小偏向角 五、光锲 1、当折射棱镜两折射面间的夹角α很小时，这种折射棱镜称为光锲。 2、偏向角δ §1.5 光学材料 1、光学材料选择的依据： 材料对被要求成像的光波段是否透明，或者在反射情况下是否具有足够高的反射率。 2、折射光学材料：一般的光学玻璃，光学晶体和光学塑料。 3、透射材料的性能参数：透过率，折射率等。 附表和图： 几种金属的反射率曲线 例题： 1、一凸透镜在空气中的焦距为40cm，在水中的焦距为136.8cm，试求该透镜的折射率。（水的折射率为1.33） 2、一硬币放置于高15cm的烧杯底部中央，将一玻璃磨制的双凸透镜（两球面曲率半径均为10cm）放置于烧杯上口，设硬币在透镜中形成一直径为3.6cm的像。 求（1）像的位置和物的大小。（2）烧杯中充满水时，像的大小和位置如何？ 例1 十字路口有一个凸球面反射镜r＝1m，有一个人身高1.6m，在凸球面反射镜前1m处，试求这个人经过此凸球面反射镜时所成像的大小和正倒？ 解：根据题意，有：得： 由式（1-37）有： 解得： 例1-3 如图所示为一块平行平板，其厚度d为15mm，玻璃折射率n＝1.5，经过平行平板折射后，其细光束像点Aˊ在第二面上，试求其物点离开第一面的位置 解：由式（1-57）可得： 物和像 光学系统 实物成虚实象 光学系统 物空间 像空间 实物成实象 光学系统 虚物成实象 物方平行光汇聚成实焦点； 物方平行光经折射球面成发散光束； 像方焦距的正负就决定了折射球面对光束的汇聚或发散特性。凡是平行光入射情况，经过折射球面后必过像方焦点，凡是通过物方焦点的入射光线，经折射球面后，必平行于光轴射出。 四、物平面以细光束经折射球面的成像 1、垂轴放大率β 倒像 正像 物、像位于球面两侧 实物成实像，虚物成虚像 物、像位于球面同侧 实物成虚像，虚物成实像 放大像 缩小像 2、轴向放大率 定义： 指光轴上一对共轭点沿轴向移动量之间的关系 变换式： 为了求得dl’和dl，对物像关系式进行微分，可得到： 可见： 恒为正值，这意味着物点沿轴移动的方向与像点沿轴移动的方向一致。 如果物点沿轴移动有限距离 对两物点分别利用成像公式，可得 3、角放大率 定义： 由于： 可得： 4、三个放大率的关系 5、拉亥不变量J 五、球面反射镜 1、物像位置关系: 2、焦距： 3、球面反射镜的放大率公式 三种放大率公式： 六、共轴球面系统 确定共轴球面系统的参数有： （1）曲率半径r1，r2，…rk （2）各个球面顶点之间的间距d1，d2，…dk-1 （3）各球面间介质的折射率n1，n2，…nk+1 1、转面（过渡）公式 由图可知，各参数之间满足以下关系 2、共轴球面系统的拉亥公式 整个系统的拉亥公式如下：是光学系统的一个重要特征量，J值大，表示系统对物体成像的范围大，能对每一物点以大孔径角的光束成像、光学系统能传输的光能量大，分辨细节能力越强。 3、整个共轴球面系统的放大率公式 三个公式的关系如下：共轴球面系统的总放大率为各折射球面放大率的乘积，三种放大率的关系与单个折射球面的完全一样。 七、透镜 1、透镜的类型： 凸透镜和凹透镜 2、物像位置公式：凸透镜，fˊ0，具有正光焦度，对光束起会聚作用；凹透镜， fˊ0，具有负光角度，对光束起发散作用。 3、焦距： 4、光焦度： 5、正负透镜对平行光束的折射 正透镜的