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工 程 光 学 信息科学与技术学院 授课教师:王 颖 一、绪论 工程光学的意义及其应用 工程光学的分类 工程光学内容 作业及考试 参考书目 联系方式 参考书目 教材:工程光学 机械工业出版社(一、二、三版均可) 现代光学测试技术及应用 光电检测技术 激光原理及应用 作业及考试 平时作业和实验:30%,期末考试:70% E-mail:wangying@ 答疑地点:科技大厦610房间 作业邮箱: US ID:ck_1001@126.com; PS:1001jy 实验安排: 第八周:10/17 第十一周:11/07 第十四周:11/28 1.工程光学的应用 光学仪器 棱镜、望远镜、显微镜、照相机,光纤、激光器等 医学领域 医学领域应用B超、CT 、MRI等影像学手段进行疾病诊断。 航空航天领域 雷达图像、红外图像、遥感图像,月球火星探测机器人 传感元件 光敏电池、光电二级管等 数字化技术 CCD摄像机、机器视觉和图像处理 1.工程光学的应用 其它应用 激光、光纤、色谱 光学测量 光学器件测量,光学特性参数测量,相关光学衍生测量技术。 光电测量 光学和电子学以及计算机结合起来,发展成为新的检测手段,作为对传统检测手段的扩充,可以测量以往测试手段难以测量的量,提高测量的精度,进一步拓展人们改造自然和认识自然的领域。 军事领域 导弹制导、夜视系统、无人驾驶飞机等 2. 工程光学的分类 分为几何光学和物理光学两部分。 几何光学 以光线为基础、用几何方法来研究光在介质中的传播规律以及光学系统的成像特性。 物理光学 以电磁学理论为基础,研究光的波动性和粒子性。 3.工程光学的学习内容 几何光学: 几何光学的基本定律和成像 理想光学系统 实际光学系统及光路计算 典型的光学系统 物理光学 光的电磁理论基础 光的干涉现象 光的衍射现象 光的偏振和量子性 第一章 几何光学基本定律和成像概念 几何光学:以光线为基础、用几何方法来研究光在介质中的传播规律以及光学系统的成像特性。 1. 几何光学的基本定律 2. 成像的基本概念 3. 光路计算及光学成像系统 4. 球面光学成像系统 1.1 几何光学的基本定律 一、基本概念 1. 光波 本质:电磁波,波长:380~760nm(可见光) 传播速度(真空)c=3Χ108m/s,在介质中:传播速度小于光速,速度大小和波长有关。 可见光:单色光和复色光 2.光源和发光点 发光点:辐射光能量的几何体。 光 源:能够辐射光能量的物体,由多个发光点组成。 光 线:由发光点发出的光抽象为能够传输能量的几何 线,光线方向代表了光的传播方向。 1.1 几何光学的基本定律 一、基本概念 3.波面和光束 波面:某一时刻振动位相相同的光点构成的曲面称为波阵 面。在各向同性介质中波面上某点的法线方向即为 光的传播方向,光的传播即为光波波阵面的传播。 波面分类:平面波、球面波和任意曲面波。 光束:波面法线为光线,与波面对应的所有光线的集合 称为光束。 1.1 几何光学的基本定律 1 光的直线传播定律 在各向同性的均匀介质中光沿直线进行传播。 当光经过小孔或狭缝时不遵循该定律,发生衍射现象。注意:不能解释光的衍射现象。 2 光的独立传播定律 从不同光源发出的光线在空间某点相遇时彼此互不影响,各光束独立传播 。 注意:光强和方向,不能解释光的干涉现象。 3 反射定律 定义: 当光在不同的介质中传播时,在分界面处会发生折射和反射 。 几个概念 入射光线,折射光线,反射光线,法线,入射角、折射角,反射角 反射定律 入射光线,反射光线和法线在同一平面内;入射角和反射角绝对值相等,符号相反,入射光线和反射光线位于法线的两侧。 光的反射定律 4. 折射定律 折射光线位于由入射光线和法线所决定的平面内,折射角的正弦与入射角的正弦之比和入射角的大小无关,取决于两种介质折射率的大小。 折射率:表征透明介质光学特性, 用来描述介质中光速减慢程度的物理量 光的折射定律 5. 光的全反射现象 定义:在一定条件下,入射到介质上的光全部反射回原来的介质,没有折射光产生。 概念:临界角,光疏介质,光密介质 临界角计算:折射角等于90°时对应的入射角
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