（精）大学物理几何光学.ppt

得到薄透镜物像方的焦距公式： 若： 薄透镜傍轴成像的高斯公式 令： 若： 则得到高斯公式的简化形式： * 引言：光学的起源和光的本质 我国早在春秋时代《墨经》中记载了许多光学现象，如：光的直线传播，反射、折射等，中国古代在几何光学方面长期在世界居于领先地位。 近代光学的发展一直伴随对光的本质的研究，他经历了几个时代： 古希腊（欧几里德），把光看作触须投射（错误认识） 十七世纪开始，对光的本性的认识，有两种学说并立 以牛顿为代表的微粒说，认为光是按照惯性定律沿直线飞行的微粒，解释光的直线传播，反射、折射。无法解释干涉、衍射、偏振 光 学 惠更斯提出光的波动理论，认为光是在一种特殊介质中传播的机械波。解释了光的反射、折射、衍射。 托马斯.杨和菲涅尔（在十九世纪初）透过实验和进一步的理论工作，验证了光的波动理论，成功地解释了光的干涉、衍射。 波动光学存在不足，把光看作是机械波，光在真空中传播需要媒质，于是臆想出“以太”，认为真空中充满了“以太”，但找不到。 十九世纪六十年代，麦克斯韦建立了电磁场理论，预言电磁波存在，1887年赫兹通过实验，发现了电磁波，电磁波的速度等于光速，认为光是电磁波。 科学家们认为光的本质研究已完成---光是一种电磁波 随着技术的发展和实验条件的完善，发现了光电效应，康普顿效应，利用波动光学无法解释，1900年普朗克提出量子假说，1905年爱因斯坦提出光子学说。解释了光电效应。 目前关于光的本质（光是什么）只能讲： 光具有波粒二象性，既是粒子，也是波。 少女？ 老妇？ 但两种图象不会同时 出现在你的视觉中。 光在某些条件下表现出粒子性， 在另一些条件下表现出波动性， 而两种性质虽寓于同一体中， 却不能同时表现出来。 例如： 两种图象寓于 同一幅画中； 第16章 几何光学 光学的理论体系 以光的直线传播为基础，采用几何方法研究光在透明介质中的传播问题。 物理光学 波动光学： 以光的波动性为基础，研究光的传播及其规律。 量子光学： 以光和物质相互作用时所显示出的粒子性为基础，研究光的一系列规律。 现代光学 非线性光学 激光光谱学 信息光学 集成光学 统计光学 ………. 几何光学： 其基础是光波长趋于零（?a） 一、直线传播定律 在均匀各向同性介质中，光沿直线传播。 如：针孔成像就是光沿直线传播的结果。 针孔成像 光阑 16. 1 几何光学的基本定理 2009.7.22四川省遂宁市大英县观察到的日全食 2. 光的独立传播定律： 来自不同方向的光线在介质中相遇后，各保持原来的传播方向继续传播。 入射光线、反射面的法线和反射光线三者处在同一平面上，入射光线和反射光线分居于入射点界面法线的两侧，入射角等于反射角。 3、反射定律： 光的反射 en 界面 S R 漫反射 光路可逆性原理 其中：n21称为介质2相对于介质1的相对折射率 4、折射定律 入射光线 折射光线 i 入射角 折射角 en n1 n2 分界面 入射光线、折射光线和分界面的法线en三者同处在一个平面上，入射角i 和折射角 有下述关系： 物质相对于真空的折射率称为绝对折射率（简称折射率），其定义为： 光在真空中的传播速度 光在介质中的传播速度 两种介质相比较，折射率大的介质，光在其中的传播速度小，称为光密介质；折射率小的介质，光在其中的传播速度大，称为光疏介质。 折射定律也可表示为： 斯涅耳定律（Snell’s Law） 当 有 临界角 A： 相应于折射角为90°的入射角。 全反射：当入射角 i 大于临界角 A时，将不会出现 折射光，入射光的能量全部反射回原来介质的现象。 （n1＞n2） 5、全反射 en 旋转反射镜 * 光导纤维的光路 内窥镜 全反射的应用 16.2 共轴理想光学系统的成像 一、光程 光在均匀介质走过的几何路程 r 与介质折射率 n 之乘积。用 l 表示。 光程的物理意义：表示光在介质中通过真实路程所需时间内,在真空中所能传播的路程。 即： l = nr 光程 介质中： 折合到真空中： 二、费马原理 光从一点传播到另一点将循着这样一条路径，光沿所需要时间为极值（可以是极大值、极小值，也可以是常量）的路径传播。 即：光沿着光程为极值的路径传播。 所用时间为： 时间 t 有极值的条件是: 或 光程： 光在i介质中的光程等于在相同时间t内光线在真空中所走的路程。 光线沿光程为平稳值的路径而传播。 平稳值的三种基本含义： 极小值——直线传播、反射、